Pliki NC - Automatyzacja procesu przygotowania konstrukcji stalowych

Proces przygotowania elementów konstrukcji stalowych do montażu na placu budowy ewoluował w ciągu dziesięcioleci. Już pod koniec XIX wieku pojawiły się pierwsze linie produkcyjne, które częściowo automatyzowały pracę rąk ludzkich. Pierwotnie, inżynierowie na podstawie płaskiej dokumentacji papierowej elementu stalowego wprowadzali informacje o geometrii elementów stalowych wprost do mechanizmów maszyn, które podcinały, otworowały oraz łączyły elementy. Wraz z rozwojem technologii na przełomie lat 40-tych i 50-tych XX wieku pojawiły się pierwsze obrabiarki elementów stalowych o sterowaniu numerycznym. Obecnie najczęściej spotykane są obrabiarki sterowane komputerowo CNC (z ang. Computerized Numerical Control), których kody sterujące, zawierające informacje o geometrii elementów generuje się za pomocą inżynierskich programów graficznych 3D.

 Rys. 1| Maszyna do obróbki kształtowników stalowych sterowana numerycznie
Rys. 1| Maszyna do obróbki kształtowników stalowych sterowana numerycznie 

Nowoczesne maszyny do produkcji konstrukcji stalowych pozwalają, wprost z programu graficznego 3D uzyskać kompletne informacje dotyczące pozycji dołączenia elementów spawanych oraz kształtu elementu stalowego (cięcia, otworowania, przycinania, wypalania blach, tłoczenia czy cięcia nożycami). Najbardziej rozpowszechniony w Polsce i Europie interfejs dla geometrycznego opisu stalowych elementów konstrukcji stanowi norma DSTV (z niem. Deutscher Stahlbau Verband). Ideą DSTV jest neutralność w wymianie danych co oznacza, że przy pomocy uniwersalnego formatu możemy obsługiwać wiele maszyn CNC. Interfejs ujednolica połączenie pomiędzy programami CAD (z ang. Computer Aided Design) poprzez pliki CAM (z ang. Computer Aided Manufacturing) do maszyn sterowanych numerycznie. Geometria elementów wg standardu DSTV jest przedstawiona w sposób uniwersalny, a odpowiednio napisany postprocesor może przekonwertować ten neutralny język na język maszyny NC (z ang. Numerical Control).

1. Wykonanie modelu 3D konstrukcji stalowej w programie Advance Steel.

Advance Steel to zaawansowany program służący do modelowania konstrukcji stalowych w 3D oraz tworzenia dokumentacji warsztatowej i plików NC do obrabiarek numerycznych. Łatwy interfejs programu oraz wszystkie niezbędne narzędzia pozwalają szybko zbudować model dowolnej konstrukcji stalowej. Utworzony model 3D charakteryzuje się dużą szczegółowością wykonania, począwszy od odpowiednio podciętych i obrobionych profili głównych konstrukcji, blach, połączeń wraz z śrubami oraz spoinami, kończąc na szczegółowo zamodelowanym przygotowaniu elementów pod spawanie.


Rys. 2 | Model konstrukcji wykonany w programie Advance Steel (dzięki uprzejmości biura projektowego ANKO P.P.)
Rys. 2 | Model konstrukcji wykonany w programie Advance Steel (dzięki uprzejmości biura projektowego ANKO P.P.)

2. Weryfikacja poprawności wykonania modelu 3D konstrukcji stalowej w programie Advance Steel

Program posiada rozbudowane narzędzia sprawdzania konstrukcji pozwalające wykryć kolizje i zweryfikować poprawność tworzonego modelu. Advance Steel pozwala znaleźć i zlikwidować następujące rodzaje błędów modelowania:

a. fizyczne nachodzenie elementów (profili, blach, śrub) na siebie,
b. brak możliwości dokręcenia śrub przy pomocy klucza,
c. błędne rozmieszczenie śrub,
d. błędne położenie otworów (zbyt blisko krawędzi lub poza obiektem) pod kątem prawidłowego przygotowania plików do maszyn.


 Rys. 3 | Sprawdzenie kolizji w programie Advance Steel
Rys. 3 | Sprawdzenie kolizji w programie Advance Steel 

3. Generacja spójnej dokumentacji warsztatowej

Na podstawie wolnego od błędów, szczegółowo dopracowanego modelu 3D, który odpowiada rzeczywistej konstrukcji stalowej, możemy uzyskać dowolnego typu dokumentację. Program automatycznie tworzy rysunki poglądowe (widoki 3D, przekroje, rzuty…) wraz z zestawieniami materiałowymi oraz spójną dokumentację warsztatową (zwymiarowane rysunki pozycji oraz elementów wysyłkowych).


 Rys. 4 |Rysunek warsztatowy słupa skratowanego wykonany w programie Advance Steel
Rys. 4 |Rysunek warsztatowy słupa skratowanego wykonany w programie Advance Steel 

4. Tworzenie plików do maszyn

Program Advance Steel posiada wbudowany moduł do generowania plików do maszyn. W zależności od typu oraz przeznaczenia docelowej maszyny mamy możliwość utworzenia danych wg normy DSTV w postaci plików DXF lub NC.

a. Pliki DXF przedstawiają geometrię elementów stalowych w formie graficznej według normy DSTV. Każdy plik zawiera graficzną prezentację odpowiednio ułożonych widoków pojedynczych profili lub blach wraz z prezentacją otworów oraz podcięć.


Rys. 5 |Plik DXF wg normy DSTV utworzony dla podciętego oraz otworowanego profilu stalowego
Rys. 5 |Plik DXF wg normy DSTV utworzony dla podciętego oraz otworowanego profilu stalowego 

b. Pliki sterujące NC jakie generuje Advance Steel mają formę kodu numerycznego w formacie ”.nc”. Utworzony plik tekstowy zawiera wszystkie niezbędne informacje dotyczące elementu stalowego (numer, ilość, geometria itp.).
Rys. 5 |Plik DXF wg normy DSTV utworzony dla podciętego oraz otworowanego profilu stalowego
Rys. 5 |Plik DXF wg normy DSTV utworzony dla podciętego oraz otworowanego profilu stalowego 

c. Dla utworzonych plików NC lub DXF wg standardu DSTV możemy wykonać odpowiednie zestawienia. Program Advance Steel daje możliwość konfiguracji zestawień tak, aby warsztat konstrukcji stalowych otrzymał listy plików w wymaganej formie. Szablony zestawień zawierają atrybuty odpowiadające parametrom elementów konstrukcji oraz ogólne informacje takie jak numer elementu oraz numer rysunku.

5. Zarządzanie dokumentacją i wysłanie plików na warsztat

Na każdym etapie przygotowania projektu konstrukcji stalowej, niezwykle istotnym aspektem jest kontrola nad każdą składową dokumentacji. Moduł "Zarządcy dokumentów" Advance Steel daje możliwość stałego i szybkiego monitoringu projektu. Możliwość podglądu wszystkich rysunków, zestawień oraz plików do maszyn (NC oraz DXF) to tylko jedna z wielu opcji dostępnych w zarządcy dokumentów. Program pozwala zweryfikować stan aktualności części składowych dokumentacji. Jakiekolwiek zmiany w projekcie wprowadzane są z poziomu modelu konstrukcji 3D. Projektant natychmiast otrzymuje informacje o konieczności aktualizacji poszczególnych dokumentów. „Zarządca dokumentów” automatycznie aktualizuje rysunki, zestawienia materiałowe, pliki NC i DXF utworzone według standardu DSTV oraz zestawienia. Aktualne pliki do maszyn przygotowane w programie Advance Steel można wysłać na warsztat wraz z niezbędnym utworzonym automatycznie zestawieniem według specyfikacji.

Rys. 7 |Zarządzanie plikami DXF NC wg normy DSTV z poziomu zarządcy dokumentów w Advance Steel
Rys. 7 |Zarządzanie plikami DXF NC wg normy DSTV z poziomu zarządcy dokumentów w Advance Steel 

6. Przygotowanie konstrukcji na warsztacie i wysyłka na montaż

Pliki w formacie NC lub DXF według standardu DSTV są przesłane na warsztat konstrukcji stalowych. Aby prawidłowo odczytać pliki konkretna maszyna powinna mieć napisany postprocesor dla plików według standardu DSTV. Pliki sterujące zawierające informacje o geometrii elementów, rozmieszczeniu otworów, podcięciach itp. są importowane w formacie DSTV (alternatywnie przez panel sterujący maszyny można „ręcznie” wprowadzić informację dotyczące geometrii elementów). Nowoczesne maszyny można połączyć w linie produkcyjne konstrukcji stalowych, co znacznie automatyzuje pracę. Przykładowy proces przygotowania profili stalowych:

a. Całe profile są transportowane na podajnik.
b. Podajnik automatycznie umieszcza profile stalowe (z jednego kawałka) w maszynie do wiercenia otworów, gdzie w oparciu o wprowadzone dane DSTV wykonywane są otwory (o odpowiednich współrzędnych, typach oraz rozmiarach).
c. Profile z otworami czyszczone są z odpadków a następnie automatycznie transportowane do kolejnej maszyny, gdzie elementy są skracane i tworzone są pozostałe wycięcia.
d. Podcięte, otworowane elementy są wysyłane do dalszej obróbki lub na plac budowy.


Rys. 8 |Montaż konstrukcji stalowej na placu budowy
Rys. 8 |Montaż konstrukcji stalowej na placu budowy

Nowoczesne programy komputerowe 3D pozwalają znacznie przyspieszyć proces przygotowania konstrukcji stalowych do montażu. Automatycznie generowane pliki sterujące (NC oraz DXF według standardu DSTV) eliminują konieczność „ręcznego” wprowadzania do maszyny geometrii obróbek elementów stalowych (cięcia, wycinania, wiercenia, wypalania czy tłoczenia) tylko na podstawie płaskiej dokumentacji technicznej. Ręczne wprowadzanie parametrów wiąże się z ryzykiem popełnienia błędu. Pliki sterujące do maszyn wygenerowane przy pomocy profesjonalnego oprogramowania 3D zapewniają poprawność geometrii gotowych elementów stalowych oraz ich złożenie na placu budowy.