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.
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.
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.
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 70х30 метров.
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.
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.
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:
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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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…
