Механизация как система машин для строительства.

Несистемная механизация.

Частичная и комплексная механизация относится к несистемным видам механизации.

Пример, показывающий недостатки несистемной механизации.

Рассмотрим такой вид работ как забивку свай копровой установкой.

Типовые технологические операции этого вида работ следующие:

- геодезическая привязка;

- планировка строительной площадки;

- разметка её в соответствии с проектом;

- маркировка точек погружения свай;

- позицирование стрелы копра у места их складирования;

- захват и строповка сваи;

- наведение её на точку погружения;

- опускание захватного механизма;

- захват;

- подъём и режим погружения сваи;

- освобождение от строповки;

- остановка;

- возврат к месту складирования свай.

Из 17 технологических операций только одна – режим погружения – является основной (механической), а остальные – ручные, вспомогательные.

Автоматизировать операции этих видов работ можно однако эффективность автоматизации будет очень низкой, поскольку исключить все ручные операции и заменить их механизированными очень сложно и (предельно) дорого.

Универсальные машины строительного производства многоцелевого назначения, оснащенные различным сменным рабочим оборудованием и комплектами быстросъемных рабочих органов, выполняют разнообразные технологические операции и виды работ.

Квалифицированный оператор и совершенная система управления рабочих органов обеспечивают высокую степень использования машин этого класса.

Синтез (соединение, применение) совершенных систем управления – одно из основных направлений автоматизации и роботизации машин этого класса.

Для универсальных машин (строительного производства) можно создать систему автомобильного управления какой-либо операцией, однако стоимость такой системы будет большой, а эффективность низкой, так как её станут использовать очень редко.

При кажущейся прогрессивности универсальные машины строительного производства существенно сдерживают развитие самой технологии строительного производства, поэтому универсальность машин (строительного производства) оправдана в определенных условиях.

Универсальные машины с необходимым набором оснастки и сменного оборудования способны выполнить большое число разнообразных строительных работ.

Автоматизация универсальных машин посредством создания систем автоматического управления тем или иным технологическим процессом не обеспечит резкого повышения их эффективности.

Поэтому они, минуя этап автоматизации, сразу будут роботизированы.

Это приведет к созданию 1-х строительных роботов, в которых задавать программы будет оператор, а программирование конкретного рабочего органа будет осуществлено по методологии ассоциативного экспресс программирования.

Ассоциативное программирование – система программирования, (совокупность способов решения информационно-логических задач) основанная на программной реализации ассоциативных связей между данными, хранящимися в запоминающих устройствах ЦВМ.

Системная механизация – совокупность определенных групп машин, пооперационное использование которых обеспечит выполнение всех видов специальных работ.

Методология обоснования и выбора машин базируется на следующих системных методах:

- возводимый объект анализируют с разбивкой на типовые технологические операции, обосновывают минимальный набор и последовательность операций;

- под каждую конкретную операцию проектируют строго специализированную систему.

Даже при системной механизации не гарантировано полное исключение ручного труда в силу специфичности некоторых технологий.

Системная и комплексная механизация имеет существенные отличия.

Частичной и комплексной механизации свойственна много вариантность реализации исходной технологии.

Системная механизация однозначно воспроизводит изначально заложенную технологию, реализует операционно – поточную технологию машинными средствами.

Суть частичной и даже комплексной механизации состоит в том, что разрозненными машинными средствами выполняют определенные работы, операции и их последовательность однозначно не регламентированы, так как выбор операции и их оптимизацию осуществляют операторы.

Машины видового ряда – совокупность машин, объединенных в подгруппы по одноименному виду работ и маркируемых по отраслевой системе индикации.

Машины операционно-технологического ряда – совокупность машин, отвечающих принципу системной механизации.

Парк машин системной механизации может быть управляемым человеком – оператором, автоматизированным или роботизированным:

- конкретная машина создается под конкретную операцию, выполняемую в полуавтоматическом, автоматическом или роботизированном режимах.

Примером комплексной механизации может служить технология строительства автомобильной дороги:

- скреперы, бульдозеры и автогрейдеры обеспечивают возведение земляного полотна;

- асфальтоукладчики – устройство дорожного покрытия. Ручной труд применяется на геодезических работах.

Примером системной механизации служит комплекс ДС – 110 (автогрейдер) для скоростного строительства автомобильных дорог.

Весь технологический процесс строго разделен на операции, которые выполняются специализированными машинами, рабочие органы машин координируются от единой измерительной базы (проволочная, копирная). Ручной труд применяют для установки копирной проволоки.

Операционную машину, входящую в совокупность групп машин системной механизации, практически нельзя использовать автономно, как это имеет место при частичной и комплексной механизации.

В строительстве в настоящее время используются более 1000 типоразмеров машин. Однако эффективность их низка. Это обусловлено тем, что все несистемные средства механизации не могут совершенствоваться за счет автоматизации и роботизации, а их модернизация осуществляется за счет увеличения мощности и расширения набора навесного оборудования.

Любой вид механизации предопределяет перспективу совершенствования технологии строительного производства. Например, создание многофункциональных машин с широкой номенклатурой сменного оборудования не позволяет автоматизировать все технологические операции.

Виды и средства механизации строительных работ.

В настоящее время существует определенная классификация строительных работ по их видам, которая не имеет единого классификационного признак.

Название одних видов строительных работ соответствуют названию предмета переработки при выполнении этих работ, например, земляные, бетонные работы.

Названия других определяют характер технологических процессов – погрузочно-разгрузочные, монтажные. Третье название по стадии выполнения работ при строительстве зданий, сооружений (например, отдельные работы).

Комплексная механизация отдельных видов работ, как правило, осуществляется с помощью комплектов, комплексов машин, которые становятся структурной единицей машинных парков строительных организаций.

Комплекты машин могут составлять для выполнения всех работ или части работ по возведению строящегося объекта в целом или его части (конструктивного элемента). Комплекты машин могут состоять из нескольких входящих в них комплектов машин, предназначенных для выполнения сложных технологических процессов или видов работ. В составе каждого комплекта машин можно условно выделить ведущие и вспомогательные машины.

Ведущие машины – это машины, которые, как правило, определяют темп выполнения работ и в большинстве случаев оказывают влияние на выбор вспомогательных машин.

Вспомогательные машины – это машины, обеспечивающие эффективное функционирование ведущих (основных) машин.

Формирование состава комплекта (комплексов) машин может производиться как для конкретного технологического процесса, учитывающего характер возводимого здания, его конструктивные особенности, объемы работ и темпы их выполнения, так и для конкретного вида работ.

На формирование комплекта (комплекса) машин оказывают влияние:

- степень сосредоточенности объектов строительства, состояние дорог;

- геометрический район строительства;

- объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений (объемы работ, габариты сооружения, вес сборочных элементов);

- технология производства строительно-монтажных работ, которая определяется степенью совмещения отдельных операций и процессов, размещением средств механизации на строительном объекте;

- организация производственных работ;

- механовооруженность строительной организации.

Формирование состава комплекта (комплекса) машин производится в 2 этапа.

На первом этапе определяются необходимые технические параметры ведущих (основных) машин, их типы и типоразмеры (экскаватор, кран, бетононасос), а также состав технологически необходимых машин, их типы, типоразмеры.

Для этих целей на первом этапе могут использоваться типизированные составы комплектов машин, содержащихся в схемах комплексной механизации и технологических картах и другие источники.

На втором этапе из множества допустимых комплектов машин, предназначенных для выполнения заданных объемов или видов работ, используют те или иные методы, (в зависимости от ситуации) определяют оптимальные комплекты машин.

Если состав и структура машинного парка подрядной строительной организации не позволяет сформировать необходимое число оптимальных комплектов машин, то при расчете потребности в машинах определяют номенклатуру и число недостающих типов, типоразмеров машин, намечаемых к поставке.

Теоретические основы комплексной механизации

Классификация задач

Для эффективного проектирования и формирования комплектов и комплексов машин можно выделить 3 класса задач:

1. Задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов разных типов, имеющих коренное отличие в функционировании. Например, при строительстве дома для производства земляных работ, как правило, используют бульдозеры и экскаваторы.

2. Задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов одного типа, но разных типоразмеров, например, краны различной грузоподъемности, экскаваторы с различной вместимостью ковша.

3. Задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов одного типа и одного типоразмера.

Особенности задач 1-го класса:

- невозможность полной замены одного типа машин и механизмов другим, а зачастую невозможность функционирования одного типа машин без другого. Например, при работе экскаватора часто необходимы бульдозер и автосамосвал;

- невозможность из-за большой масштабности задачи рассматривать все единицы машин и механизмов, вследствие чего вводятся оптимальные типоразмеры каждого типа;

- необходимость комплектов машин и механизмов разных типов.

При решении таких задач необходимо пользоваться информацией получаемой из задач других классов, в которых выбраны оптимальные сочетания оптимальных средств каждого типа.

Особенности задач 2-го класса:

- необходимость информации об объеме работ, выполняемых машинами и механизмами данного типа, полученной из решения задач 1-го класса, т. к. машины одного типа, но разных типоразмеров, как правило, выполняют не весь объем работ при строительстве того или иного объекта;

- определение оптимальных параметров комплекса машин каждого типа, оптимального насыщения машинами заданных объемов строительства и определение объемов работ.

Особенности задач 3-го класса;

- необходимость информации об объеме работ, получаемой из решения задач 2-го класса, т. к. машины и механизмы одного типоразмера, как правило, выполняют часть общей работы;

- определение оптимальных параметров машин и механизмов при заданных основных характеристиках объекта строительства. Задачи 3-го класса являются обобщенными задачами оптимального проектирования.

Существует взаимная связь между задачами всех классов: так, чтобы решить задачу 1-го класса, необходимо использовать информацию полученную при решении задач 2-го класса и наоборот. Кроме того, задачи по оптимальному использованию машин и комплектов машин можно разделить на 3 типа:

1-й тип

Задан объект строительства, известны тип и типоразмер машин, используемых на объекте. Необходимо так организовать их работу (выбрать схему, расстановку), чтобы эффект был максимальным;

2-й тип

Задан объект строительства и некоторые ограничения на средства механизации (например, тип машин, схема работы). Требуется подобрать оптимальные типоразмеры машин, чтобы эффект был максимальным.

3-й тип

Задан объект строительства, требуется подобрать тип, типоразмер машин и схемы их работы, чтобы эффект был максимальным.

Как правило, задачи первого типа относятся к распределительным задачам, основными методами решения которых служат методы линейного программирования и отчасти динамического программирования.

Задачи второго и третьего типов – это, в основном, задачи, имеющие нелинейные целевые функции или ограничения и не поддающиеся решению методами линейного программирования.