BIM w prefabrykacji. Nowoczesne metody wspomagania i automatyzacji - ebook

Adobe® i Acrobat PDF Library™ są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Adobe Systems Incorporated.

Allplan® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Allplan GmbH.

AutoCAD®, DXF™ i 3D Studio MAX® są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Autodesk Inc.

BIM Vision® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Datacomp sp. z o.o.

Planbar® oraz Tim® są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Precast Software Engineering.

Solibri® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Solibri Inc.

S-Liner® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Echo Precast Engineering.

SmartJet® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Echo Precast Engineering.WSTĘP

Przedsiębiorstwa, które w XXI wieku chcą uzyskać przewagę konkurencyjną, muszą sprawić, by podejmowane przez nie działania były możliwie interdyscyplinarne. Korzystanie z kilku źródeł pomysłów, innowacji oraz sprawdzonych rozwiązań umożliwia skuteczne podnoszenie wewnętrznej efektywności i sprawności funkcjonowania konkretnych podmiotów. Problemem, który często pojawia się podczas łączenia różnych zagadnień w celu uzyskania efektu synergii, jest brak opisanego stanu wiedzy. Nie inaczej jest w przypadku nowoczesnych rozwiązań technologicznych stosowanych w prefabrykacji. Niniejsza książka łączy wiedzę, doświadczenie i dobre praktyki z trzech obszarów tematycznych: prefabrykacji, automatyzacji i BIM (ang. Building Information Modeling) (rys. 1.1).

Dopiero połączenie wyżej wymienionych zagadnień daje możliwość wprowadzenia procesu prefabrykacji w czwartą rewolucję przemysłową. Dzięki temu zalety prefabrykacji opisane w :

• szybkość wznoszenia obiektów z prefabrykatów (przewaga montażu nad robotami „mokrymi” na budowie),

• możliwość optymalizacji jakości i zapotrzebowania materiałowego, jak również energochłonności wytwarzania w warunkach powtarzalnej, certyfikowanej produkcji fabrycznej wobec znacznie bardziej podatnych na wpływ czynników losowych technologii monolitycznych,

• zdecydowany wzrost poziomu uniezależnienia prowadzenia robót od warunków pogodowych,

• wyeliminowanie najsłabszych stron tzw. starej prefabrykacji,

• nowoczesne, trwałe złącza, elastyczne systemy uwzględniające wysokie wymagania estetyczne,

• kształtowanie indywidualne bryły budynku o zróżnicowanym charakterze oraz programie funkcjonalnym

ulegają rozszerzeniu o następujące korzyści płynące z równoczesnego zastosowania BIM oraz automatyzacji produkcji:

Rys. W.1. Zlokalizowanie obszaru „BIM w prefabrykacji” wobec pozostałych obszarów wiedzy: automatyzacji, prefabrykacji, digitalizacji oraz BIM

• usprawnienie procesów optymalizacyjnych na etapie planowania lub projektowania przez zautomatyzowane analizowanie różnych wariantów technologicznych czy organizacyjnych,

• ograniczenie do absolutnego minimum strat materiałowych na etapie zarówno produkcji, jak i montażu elementów,

• zdecydowana poprawa jakości zarządzania przedsięwzięciem inwestycyjno-budowlanym (BIM kompleksowo wspiera takie zagadnienia jak chociażby harmonogramowanie czy kosztorysowanie, które często decydują o sukcesie lub porażce danego przedsięwzięcia),

• ograniczenie zaangażowania pracowników fizycznych w procesie kształtowania elementów w zakładzie prefabrykacyjnym, a tym samym uczynienie linii produkcyjnej bardziej niewrażliwą na braki kadrowe, wynikające chociażby z sytuacji losowych,

• przyspieszenie, przez automatyzację, procesów produkcyjnych na terenie fabryki, jak również usprawnienie procesów logistycznych, także w drodze między miejscem wytworzenia elementu a miejscem jego docelowego wbudowania,

• cyfrowe odwzorowanie elementów i kontrola wykonania,

• stała kontrola stanu technicznego maszyn.

Narzędzia informatyczne wspierają zarówno tradycyjne, jak i nowoczesne metody prefabrykacji w zakresie planowania, logistyki i produkcji. Usprawniają także projektowanie elementów prefabrykowanych, zarówno typowych, jak i skomplikowanych geometrycznie, unikatowych. Technologia BIM pozwala na wyeliminowanie uciążliwej i z reguły niedoskonałej wymiany dokumentacji projektowej o różnym stopniu aktualności, co często prowadzi do poprawek i konieczności wielokrotnego koordynowania projektu między branżami.1
PROCESY PRODUKCYJNE W WYTWÓRNIACH PREFABRYKATÓW

1.1. Definicja procesu produkcyjnego

Proces produkcyjny jest kompleksowym zespołem działań bezpośrednio i pośrednio produkcyjnych, składających się na przetwarzanie przedmiotów produkcji o cechach wejściowych (surowiec, półfabrykat) w przedmioty o cechach wyjścia (półfabrykat lub gotowy wyrób) , . Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty. Przedmioty wyjściowe stanowią gotowe wyroby .

1.2. Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego

Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego dzieli się na:

• poziomą,

• pionową.

Kryteria klasyfikacji poziomej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego obejmują :

• zespoły działań: przygotowanie kruszyw, produkcję mieszanki betonowej, produkcję zbrojeń, formowanie prefabrykatu, wykańczanie i pielęgnację,

• grupy funkcyjne: zbrojenie elementu, układanie mieszanki betonowej, zagęszczenie mieszanki betonowej, fakturowanie i dojrzewanie prefabrykatu,

• rodzaje działań: wibrowanie, prasowanie, wirowanie, odpowietrzanie, utrząsanie,

• warianty działań: wibrowanie objętościowe, wibrowanie wgłębne, wibrowanie powierzchniowe, wibrowanie denne.

Na rys. 1.1 widoczne są kolejno od góry zespoły działań (np. formowanie prefabrykatu), grupy funkcyjne, rodzaje i warianty działań (np. wibrowanie denne).

Rys. 1.1. Pozioma struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego

Pionowa struktura funkcjonalna procesów produkcyjnych obejmuje czynniki materialne, działania i procesy techniczne oraz zasady wiodące i porządkujące proces . Na rys. 1.2 pokazano schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych , .

Funkcjonowanie procesu produkcyjnego opiera się nie tylko na doborze czynników materialnych i działań technicznych, lecz także na prawidłowym ich uporządkowaniu i powiązaniu zgodnie z trzema zasadami opartymi na: technologii, organizacji i optymalizacji ekonomicznej , .

Zasada technologiczna, będąca trzonem wymienionych, warunkuje możliwości zastosowania określonych zasad organizacyjnych oraz wpływa decydująco na jakość i efektywność procesu produkcyjnego . Zasada ta obejmuje :

• charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wejściowych przedmiotu produkcji,

• charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wyjściowych przedmiotu produkcji,

• kolejność wykonywania koniecznych działań technicznych przetwarzania uzupełnioną o szczegółową charakterystykę tych działań, w skład której wchodzą parametry oddziaływania środków technicznych, czynników fizycznych wraz z czasem oddziaływania.

Rys. 1.2. Schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych ,

Zasada organizacyjna odnosi się do porządkowania czynników materialnych oraz działań, jak również procesów technicznych w sensie przestrzennym i czasowym oraz w zakresie ilości, a także kolejności . Właściwie funkcjonująca organizacja procesu produkcyjnego powinna zapewniać wysoki poziom zdolności produkcyjnej oraz niezawodności procesu przy maksymalnym wykorzystaniu środków technicznych i stałym poziomie nakładów finansowych.

Zasada optymalizacji ekonomicznej dotyczy wyboru odpowiedniego wariantu procesu produkcyjnego pod względem opłacalności ekonomicznej na podstawie kryteriów porównywalności wariantów .

1.3. Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego

Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego, analogiczne do struktury funkcjonalnej, dzieli się na:

• poziomą,

• pionową.

W strukturze poziomej wyróżnia się: procesy scalone, procesy częściowe i procesy elementarne .

Struktura pionowa, zgodnie z rys. 1.3, dzieli proces produkcyjny na: proces produkcji ubocznej, proces produkcji głównej i proces produkcji usługowej.

Rys. 1.3. Schemat pionowej struktury organizacyjnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych ,

Proces produkcji ubocznej w wytwórni jest doraźny, podejmowany w celu lepszego wykorzystania odpadów lub nadwyżek produkcyjnych , , . Proces produkcji głównej to ten, dla którego została zorganizowana dana jednostka w strukturze organizacyjnej prefabrykatów budowlanych . W wyniku procesu produkcji usługowej otrzymywane wyroby nie są przedmiotami zbytu, a jedynie stanowią niezbędne komponenty do poprawnego przebiegu procesów produkcji głównej i ubocznej. Wśród wyrobów produkcji usługowej wyróżnia się m.in. sprężone powietrze, parę, wodę, energię .

1.4. Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów

Wytwórnia prefabrykatów betonowych jest systemem produkcyjnym, który stanowi jeden z licznych podsystemów makrosystemu, jakim jest budownictwo . Budownictwo jest natomiast integralnym składnikiem ogólnonarodowego systemu gospodarczego.

Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje 6 grup podsystemów o odmiennym charakterze pełnionych funkcji, kolejno :

• proces zarządzania,

• proces produkcyjny,

• proces obsługi,

• technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji,

• sterowanie produkcją,

• gospodarkę zasobami.

Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmujący zależności między kolejnymi podsystemami pokazano na rys. 1.4 , .

Rys. 1.4. Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów ,

Wiodącą rolę w strukturze funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych odgrywa podsystem procesu produkcyjnego. Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty, natomiast przedmiotami wyjściowymi gotowe wyroby. Proces zarządzania służy do bieżącej analizy informacji, podejmowania decyzji, wydawania dyspozycji oraz nadzoru nad ich wykonaniem .

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji wyróżnia się m.in. , :

• badania materiałowe,

• ustalanie receptur,

• opracowywania kart technologicznych przebiegu operacji,

• nadzór technologiczny i szkolenie załogi produkcyjnej,

• badania norm zużycia czynników produkcji,

• opracowanie ruchowej dokumentacji przebiegu procesu produkcyjnego,

• przeciwdziałanie zakłóceniom,

• przygotowanie narzędzi, aparatury, form, instalacji itp.

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego sterowania produkcją wyróżnia się , :

• długoplanowe planowanie i korygowanie programu produkcyjnego,

• korygowanie procesu produkcyjnego w zakresie asortymentu wytwarzanych wyrobów poprzez analizę zapasów,

• kontrolę i rejestrację bieżącej produkcji, ewentualne zmiany w planie operatywnym,

• nadzór nad jakością na wszystkich etapach przetwarzania przedmiotu produkcji.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów obsługi produkcji są następujące , :

• zapewnienie przepływu i gromadzenia informacji o zmianach i stanach podsystemów procesu produkcyjnego,

• udoskonalanie procesu produkcyjnego w wytwórni,

• opracowywanie nowych lub zmodernizowanych rozwiązań materiałowych, produkcyjnych,

• sprawozdawczość,

• księgowość,

• rozliczenia,

• bilansowanie środków,

• kalkulacja kosztów i rachunkowość,

• zabezpieczanie potrzeb pracowniczych w zakresie odzieży i obuwia roboczego oraz spraw socjalnych,

• zabezpieczanie wytwórni na wypadek kradzieży i pożaru,

• prowadzenie magazynu ogólnego,

• obsługa prawna.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów gospodarki zasobami obejmują m.in. , :

• gospodarkę kadrową, w tym nabór kadr pracowniczych, obsadę poszczególnych stanowisk i sterowanie ruchem kadr,

• gospodarkę materiałową, polegającą na planowaniu, zamawianiu, transporcie magazynowaniu i rozliczanie materiałów,

• utrzymywanie w stałej i pełnej gotowości oraz sprawności technicznej maszyn, urządzeń, instalacji, narzędzi i budynków,

• zaopatrywanie systemu produkcyjnego w energię elektryczną, parę technologiczną, sprężone powietrze i wodę,

• zabezpieczanie wytwórni w zakresie usług transportu ogólnego oraz utrzymywanie środków transportowych,

• zapewnienie właściwego składowania, utylizacji odpadów,

• uzyskiwanie odpowiednich pozwoleń oraz wykonywanie koniecznych sprawozdań,

• akwizycję, ekspedycję i rozliczanie gotowych wyrobów.

1.5. Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów

Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje cztery poziomy podsystemów.

Rys. 1.5. Schemat ogólny struktury organizacyjnej wytwórni prefabrykatów budowlanych ,

Najwyższy poziom złożoności reprezentuje wytwórnia prefabrykatów budowlanych, natomiast najniższy gniazda produkcyjne . Szczegółowy schemat struktury wytwórni pokazano na rys. 1.5 , .