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 Вахтовый посёлок](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/803/566/1ed/8035661ed236db3b0dbac72ee3d4889f.jpg)
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 Обогатительная фабрика](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/146/e3b/7d7/146e3b7d7b57cec6246ea0b49db62ba3.jpg)
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 трубопроводов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e94/dd3/0b7/e94dd30b75085893abd28e8e95aa0240.jpg)
![Хитросплетение металлоконструкций Хитросплетение металлоконструкций](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c66/f87/76d/c66f8776d02722c09457e0806736e05b.jpg)
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.
![Процесс 3D сканирования Процесс 3D сканирования](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/350/d94/e16/350d94e16edbb8b9ae0ef3508a613a08.jpg)
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 Облако точек, совмещённое с фотографией](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/53a/b94/6f0/53ab946f0d0ea531f1a259b0a89fd898.jpg)
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 Облако точек](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e8c/716/8ad/e8c7168ada05d6b9fa8effd2f343a80d.jpg)
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. Набросок переходного моста и галереи.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/248/0a9/fec/2480a9fec7374e8d54da35413b54496a.jpg)
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 Расчётная стержневая модель](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/9e9/4d6/be7/9e94d6be7228e85358174f97c177d707.jpg)
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 3D модель металлоконструкций](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/2f2/d39/642/2f2d396421d0fb474cc0b7cfb9c7d2da.jpg)
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 Наложение 3D модели на облако точек](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/851/cbc/138/851cbc13819915358a3d08c2f742b33d.jpg)
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 "Обход" существующей трубы](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/b84/860/68e/b8486068ecdc9a043a1e365cb966fae7.jpg)
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 Запрос клиента](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/318/6c8/39d/3186c839ddadaef3840af2fc0385ad65.jpg)
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 Скриншот с тендерной площадки](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c86/756/fbb/c86756fbb76c2746fec4b744443efafb.jpg)
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 Запрос конкурентов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/c17/819/d49/c17819d497b22364a426a77d3cf6eb51.jpg)
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...
Комментарии (6)
ZonDarYota
13.04.2023 20:43+1В Горной теме взлетело сканировать карьеры для проектирования фронта работ. Так же Искал ноу-хау в Европе в 2015. Был один стартап по теме построения 3D моделей цехов с наложением на чертежи, чтобы инженер, перед выездом на предприятие, использовал стерео очки и побывал "в живую" в цехе. Предлагалось хранить модели на их сервере. Очень заинтересовался и пытался прощупать почву, чтобы привезти технологию в РФ. Интерес был, но стартап неожиданно закончился :( Они переключились на другое применение камер. Съемка мест автоаварий. Другой сегмент, тоже, кстати интересное применение. По опыту общения с заводами, продемонстрированный в посте подход самый эффективный. В идеале, нужно копировать, свои РФ сканеры + LIDAR :).
little-brother
Думал что-то сложнее будет, чем технологический мостик, но все равно интересно.
volkov-kb Автор
Предполагал, что такой комментарий возникнет и указал: "Одна из таких конструкций – переходной мост и галерея". Это лишь одна из позиций в поставке для примера.