автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов производства бетонных работ в монолитном домостроении

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Наибольшими потенциальными возможностями увеличения темпов жилищного строительства обладает технология монолитного домостроения. Однако, традиционные методы возведения монолитных сооружений связаны с повышенной трудоемкостью, значительной долей ручных операций, отсутствием объективного приборного контроля качества бетонных работ, что существенно сказывается на увеличении сроков и стоимости строительства.

Кардинальное решение задачи повышения эффективности технологии монолитного домостроения возможно только за счет комплексного использования средств автоматизации, роботизации и микропроцессорной техники.

2. Разработаны способ и средства автоматизации процессов пода чи, распределения, укладки и уплотнения бетонной смеси, позволяющие принципиально изменить не только характер труда строительных рабочих, но и его организацию, производительность, качество и интеллектуальную насыщенность.

3. Сформулированы технические требования к автоматизированным конструкциям распределительных устройств, на основе учета специфических технологических условий производства бетонных работ.

4. Предложен критерий и разработана методика выбора оптимальной кинематической структуры автоматизированного распределительного устройства для производства бетонных работ. Решена задача определения геометрических характеристик (длины звеньев, углов поворота сочленений), распределительных стрел для заданных конструктивно-технологических условий бетонирования.

5. Разработана методика анализа кинематической структуры, позволяющая получать решения прямой и обратной задач о положении распределительной стрелы, осуществлять планирование мъ оптимальной траектории ее перемещения. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность предложенной методики реальному технологическому процессу бетонирования.

6. Синтезированы алгоритмы программного управления перемещением звеньев распределительной стрелы. Разработана математическая модель управления исполнительными устройствами, позволяющая моделировать динамику движения распределительного устройства. Для управления перемещениями распределительной стрелы разработан универсальный пакет прикладных программ, который может быть использован для любой роботизированной бетонораспределительной системы.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработан СВЧ-метод контроля технологических параметров бетонной смеси. Реализованы средства автоматики, включающие образцы СВЧ-датчиков контроля наличия бетонной смеси в трубопроводе, ее уровня в опалубке, степени уплотнения бетонной смеси. Экспериментальные исследования показали, что погрешность измерений не превышает требований технологического процесса по точности и быстродействию выполнения операции.

8. Произведена технико-экономическая оценка области эффективного использования предлагаемой автоматизированной технологии. Определены факторы, влияющие на эффективность внедрения. Установлено, что эффективность явно выражена при строительстве монолитных односекционных зданий выше 9 этажей. Внедрение предлагаемой технологии автоматизации бетонных работ позволит повысить производительность труда до 70% и сократить себестоимость работ до 60%.

9. Результаты диссертационных исследований могут быть использованы при разработке перспективных технологических устройств и автоматизированных систем управления процессами производства бетонных работ, оптимальные технические характеристики и

Л!4 алгоритмы функционирования которых определяются по предложенным методикам.

1. Евдокимов Н.И., Мацкевич А.Ф., Сытник B.C. Технология монолитного бетона и железобетона : Учеб. пособие для строительных вузов. М.: Высш. школа, 1980. - 335 е.: ил.

2. Руководство по конструкциям опалубок и производству опалубочных работ / Центр, н. и. и проект, эксперимент, ин -т организации, механизации и технической помощи строительству Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1983. - 501 е.: ил.

3. Афанасьев A.A. Интенсификация работ при возведении зданий и сооружений из монолитного железобетона,- М.:Стройиздат,1990.-384 с.

4. Технология, механизация и автоматизация строительства: Учеб. для вузов по спец. " Экономика и управление в строительстве"/ С.С. Атаев, В.А. Бондарик, И.Н. Громов и др. ; Под ред. С.С. Атаева , С.Я. Луцкого. М.: Высш. шк., 1990. - 592 е.: ил.

5. Евдокимов В.А. Механизация и автоматизация строительного производства . Л.: Стройиздат, 1985.

6. Афанасьев A.A. Бетонные работы : Учеб. для проф. обучения рабочих на пр-ве,- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк.,1991,- 288 е.: ил.

7. Руководство по укладке бетонных смесей бетононасосными установками / Центр, н. и. и проект, эксперимент, ин -т организации, механизации и технической помощи строительству Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1978. - 144 е.: ил.

8. Микропроцессорные системы управления бетоносмесительными установками / Бау М.М. и др. // Тр. ВНИИСтройдормаша. 1989.

9. Руководство по производству бетонных работ. М.: Стройиздат, 1975. 314 е.: ил. (Госстрой СССР. Центр, науч.- исслед. и проектно- эксперим. ин-т организации, механизации и техн. помощи стр-ву. ЦНИИОМТП. Науч. - исслед. ин-т бетона и железобетона).

10. Хаютин Ю.Г. Монолитный бетон: Технология производства работ. -2-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1991. - 576 е.: ил.

11. Возведение монолитных конструкций зданий и сооружений / Б.И. Березовский, Н.И. Евдокимов, Б.В. Жадановский и др. М.: Стройиздат, 1981. - 335 е.: ил.1. М7

12. Атаев С. С. Технология индустриального строительства из монолитного бетона. М.: Стройиздат, 1989 . - 336 е.: ил.

13. Жмылевская М.Л., Гришин Б.В. Мобильные и подвижные роботы, используемые в немашиностроительных отраслях. М.: ВНИИ ТЭМР , 1991. - 280 е.: ил.

14. Пат. № 2132676 Великобритания ( GB) , МКИ: Е 04 G 21/04. Устройство для горизонтального бетонирования.

15. Савинов O.A. Лавринович Е.В. Вибрационная техника уплотнения и формования бетонных смесей. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд - ние, 1986. - 280 е.: ил.

16. Бауман В.А. , Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. Учебное пособие для студентов строительных и автомобильно дорожных вузов. - М.: Высш. школа, 1977. - 255 е.: ил.

17. Пат' № 64 1618 Япония (JP) , МКИ: Е 04 G 21/ 06. Способ и устройство для автоматического уплотнения бетонной смеси.

18. Типовая технологическая карта на бетонные и железобетонные работы 31030 К. Возведение стен жилых домов ~в скользящей опалубке/ЦНИИОМТП. М., 1990.

19. Типовая технологическая карта на бетонные и железобетонные работы 31032 К. Бетонирование типовых этажей в блочно -щитовой опалубке / ЦНИИОМТП. М., 1992.

20. Булгаков А.Г. Анализ и синтез систем автоматизированного управления строительными опалубками : Дис. . . . доктора техн. наук : 05Л3.07. Защищена 30.06.1992. - М., 1992.17а

21. Технология строительного производства : Учебник для вузов / Л.Д. Акимова, Н.Г. Аммосов , Г.М. Бадьин и др. Под ред. Г.М. Бадьина, A.B. Мещанинова. 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. - 606 е.: ил.

22. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства : Учеб. для вузов . М.: Стройиздат, 1989. - 246 е.: ил.

23. Моделирование и применение вычислительной техники в строительном производстве : Справ, пособие / A.A. Гусаков , Н.И. Ильин , Ю.А. Куликов и др. Под ред. A.A. Гусакова . М.: Стройиздат, 1979. - 384 е.: ил.

24. Указания по применению роботов и манипуляторов в строительстве / ЦНИИОМТП. М. : Стройиздат, 1987. - 55 с.

25. Артоболевский И.И. , Кобринский А.Е. Робототехника: Современное состояние и проблемы // Вестник АН СССР.-1974.-№ 9.

26. Кобринский A.A., Кобринский А.Е. Манипуляционные системы роботов : основы устройства, элементы теории . М.: Наука, 1985. - 344 с,: ил.—~"—

27. Автоматические манипуляторы с программным управлением ( промышленные роботы). Состояние, перспективы, проблемы / А.Е. Кобринский, А.И. Корендясов, Б.А. Саламандра и др. // Станки и инструмент. 1974,- № 11. - с. 4-11.

28. Козырев Ю. Г. Промышленные роботы. Справочник,- М.: Машиностроение , 1983,- 373 е.: ил.

29. Попов Е.П., Верещагин А.Ф., Зенкевич С. Л. Манипуляционные роботы : динамика и алгоритмы. М.: Наука, 1978. - 400 е.: ил.

30. Воробьев В.А., Кононыхин Б.Д. Состояние , проблемы, тенденции развития строительной робототехники // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988. - № 12. - с. 67 - 76.

31. Тихонов А.Ф. , Кононыхин Б.Д., Френкель Г.Ю. Строительные роботы и манипуляторы как объекты управления // Опыт применения манипуляторов и роботов в строительстве: Сб. научных работ МДНТП. М.,1988. - с. 5 - 11.

32. Кононыхин Б.Д., Воробьев В.А. Состояние и современные проблемы автоматизации машин строительного производства и предприятий строительной индустрии // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1989. - № 4. - с. 73 - 79.

33. Вильман Ю. А. Основы роботизации в строительстве : Учеб. пособие для студ. вузов по строит, спец. М.: Высш. шк., 1989. - 271 е.: ил.

34. Френкель Г.Ю. Роботизация процессов в строительстве. М.: Стройиздат, 1987. - 173 е.: ил.

35. Френкель Г.Ю. Применение роботов и манипуляторов при производстве железобетонных изделий: Учебное пособие. М!: Высш. шк., 1987. - 72 е.: ил. .:.-.-• ' ••"••'"•'

36. Загороднюк В. Т., Паршин Д.Я. Строительная робототехника. -М.: Стройиздат, 1990. 268 е.: ил.

37. Юков А .Я. Разработка технологии монтажа перегородок из гипсовых плит с использованием манипулятора: Дис. . . . канд. техн. наук : 05.23.08 . Защищена 09.11.89. - М., 1989. - 106 е.: ил.

38. Сергеев А.Г. Определение рациональных параметров рабочего оборудования укладчика сборного бордюра М., 1981. - с. 118. -Деп. в ВИНИТИ , № 6

39. Халимов У.Х. Совершенствование технологии устройства сборного дорожного покрытия с использованием бортового крана манипулятора, оснащенного вакуумным грузозахватом: Дис. . . . канд. техн. наук: 05.23.08. - Защищена 11.10.92. - М., 1992. - 136 е.: ил.

40. Lee Т. W. , Yang D. С. Н. On the Evaluation of Mechanical Manipulator . Trans. ASME J. Mechanism, Transm. Autom. Design, 105,70 -77, 1983.

41. Программирование микроЭВМ на языке Бейсик : Справочник / Е.С. Башмакова, И.М. Витенберг, А.Б. Либеров и др.; Под ред. И.М. Витенберга. М.: Радио и связь , 1991 . - 240 е.: ил.

42. Кетков Ю.Л. Толковый словарь языка программирования Бейсик: Справ, пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992.-320 е.: ил.

43. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-624 е.: ил.47'. Механика промышленных роботов : Учеб. пособие для вузов : В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова , Е.И. Воробьева. М.: Высш. шк., 1988.-367 с.Гил. •

44. Шахинпур М. Курс робототехники : Пер. с англ. М.: Мир,1990. 527 е.: ил.

45. Paul R. P., Shimano В. Е., Mayer G. Kinematic Control Equations for Simple Manipulators IEEE Trans. Systems M. Cybern., SMC-II, No. 6, pp. 449—455, 1981.

46. Kohli D, Soni A. H. Kinematic Analysis of Spatial Mechanisms via

47. Successive Screw Displacement, J. Engr. for Industry, Trans. ASME,2, series В pp. 739—747, 1975.1S1

48. Uicker J. J., Jr„ Denavit J„ Hartenberg R. S. An Iterative Methods for the Displacement Analysis of Spatial Mechanisms, Trans. ASME, J. Appl. Mech., 31, Series E, pp. 309—314, 1964.

49. Lee C. S. G., Ziegler M. A Geometric Approach in Solving the Inverse Kinematics of PUMA Robots, IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems, AES-20, No. 6, pp. 695 706,1984.

50. Жуков А. А. Оптимизация технологии и организации строительства. Киев : Бущвельник, 1977. - 184 е.: ил.

51. Paul R. P. Manipulator Cartesian Path Contro. IEEE Trans. Systems, Man. Cubem, SMC—9, No. 11, pp. 702 711; 1979.

52. Taylor R. H. Planning and Execution of Straight Line Manipulator Trejectories, IBM J. Res. Devel., 23, No. 4, pp. 424—436, 1979.

53. Lin C. S., Chang P. R., Luh J. Y. S. Formulation and Optimization of Cubic Polynomial Joint Trejectories for Industrial Robots. IEEE Trans'. Automatic Control. AC-28. No. 12, pp. 1066 1073. 1983.

54. Справочник по промышленной робототехнике . Пер. с англ. / Под ред. Ш. Нофа . М.: Машиностроение, 1990. - 480 е.: ил.

55. Проектирование и разработка промышленных роботов / С.С. Аншин , А.В. Бабич, А.Г. Баранов и др.; Под общ. ред. Я.А. Шифрина , П.Н. Белянина. М.: Машиностроение, 1989. - 272 е.: ил. - ( Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

56. Промышленные роботьк Внедрение и эффективность: Пер. с яп. / Асаи К., Кигами С., Кодзима Т. и др. М.: Мир, 1987. - 384 е.: ил.ы

57. Бурдаков С. Ф. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов: Учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. " Робототехнические системы" / С.Ф. Бурдаков, В.А. Дьяченко,

58. A.Н. Тимофеев М.: Высш. шк., 1986. - 264 е.: ил.

59. Манипуляционные системы роботов / А. И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес и др.; Под общ. ред. А.И. Корендясова. М.: Машиностроение, 1989. - 472 е.: ил.

60. Справочник проектировщика АСУ ТП / Г. Л. Смилянский , Л. 3. Амлинский , В. Я. Баранов и др.; Под ред. Г.Л. Смилянского. М.: Машиностроение , 1983. - 527 е.: ил.

61. Нагорный B.C., Денисов A.A. Устройство автоматики гидро- и пневмосистем: Учеб. пособие техн. вузов. М.: Высш. шк., 1991.-367 е.: ил.

62. Основы автоматического регулирования и управления: Учебн. пособие для неэлектротехн. специальностей вузов / Под ред.

63. B. М. Пономарева и А.П. Литвинова. М.: Высш. шк., 1974. -439 е.: ил.

64. Ерофеев A.A. Теория автоматического управления г Учебник для вузов. СПб.: Политехника, 1998. - 295 е.: ил.

65. Пат. № 64 5147 Япония (Л5) , МКИ: Е 04 G 21/02. Способ автоматической укладки бетонной смеси посредством бетоноукладчика с автоматическим управлением передвижения.

66. Пат. № 2057867 Российская Федерация, МКИ: Е 04 G 21/02. Способ автоматической укладки и уплотнения бетонной смеси / А.Ф. Мацкевич, Н. М. Плотников, В.В. Ходыкин. Опубл. 1996, Бюл. № 10.m

67. СНиП 3.03.01 87. Несущие и ограждающие конструкции / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 192 с.

68. Неразрушающие методы испытания бетона: Совм. изд. СССР -ГДР / О.В. Лужин , В.А. ВолоховГ.Б. Шмаков и др.; Под ред. О.В. Лужина. М.: Стройиздат, 1985. - 236 е.: ил.

69. Шалимо Т.Е. , Тулупов И.И., Марковский М.Ф. Особенности трубопроводного транспорта бетонной смеси бетононасосами. -Мн.: Наука и техника, 1989. 175 е.: ил.

70. Солодовников В.В. Основы автоматического регулирования.- М.: Машгиз, 1954. 117 с.: ил.

71. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат, 1981.- 464 е.: ил.

72. Бобровников Г.Н., Катков А.Г. Методы измерения уровня. М.: Машиностроение , 1977. - 123 е.: ил.

73. Бобровников Г.Н., Новожилов Б.М., Сарафанов В.Г. Бесконтактные расходомеры. М.: Машиностроение ,1985. -131 е.: ил. '

74. Короткое П.В., Беляев Д.В., Азимов Р.К. Тепловые расходомеры. Л.: Машиностроение ,1969 . - 175 е.: ил.

75. Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. М.: Энергия ,1971. - 147 е.: ил.

76. Ильинский В.М. Бесконтактное измерение расходов. Библиотека по автоматике, вып. 400. М.: Энергия, 1970. - 111 е.: ил.

77. Частотно- временные ультразвуковые расходомеры и счетчики / Киясбейли A.B. и др. М.: Машиностроение, 1984. -217 е.: ил.ч

78. Пат. № 64 1621 Япония ( JP), МКИ : Е 04 G 21/06 ; 9/10. Способ автоматического уплотнения бетонной смеси.

79. Вотлохин Б.З. Приборы для измерения расхода сыпучих материалов. М.: ЦНИИЭнефтехим, 1979.

80. Кремлевский П.П. Измерение расхода многофазных потоков.-JL: Машиностроение , 1982. 214 е.: ил.

81. Пугачев A.B., Сахаров Э.В. Справочник по радиоизотопной автоматике. М.: Энергия , 1974.

82. Пугачев A.B. Контроль и автоматизация процессов переработки сыпучих материалов. М.: Атомиздат, 1977. - 148 е.: ил.

83. Рудановский A.A. , Крез Д.П. Радиоизотопные методы контроля и измерения уровней. М.: Атомиздат, 1967.

84. Виденеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия . М.: Энергия, 1978. - 183 е.: ил.

85. A.C. № 566920 СССР , МКИ : Е 04 G 21/02. Способ уплотнения бетонной смеси / A.A. Рогов , А. И. Вихненко, И.В. Цойриф и др. Опубл. 30.07.77, Бюл. № 28.

86. А. С. № 737601 СССР, МКИ: Е 04 G 21/08. Устройство для уплотнения бетонной смеси / А.И. Вихненко, И.В. Цойриф, М.А. Беляев. Опубл. 30.05.80, Бюл. № 20.

87. Дмитренко Л.П. Приборы контроля и регулирования уровня сыпучих материалов. М.: Энергия, 1978.

88. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков A.C. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978.280 е.: ил.S

89. Викторов B.A., Лункин Б.В., Совлуков A.C. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 156 е.: ил.

90. Плотников Н.М. Разработка ресурсосберегающей технологии производства бетонных смесей на основе контроля и учета расхода цемента: Дис. . . . канд. техн. наук: 05.23.08. -Защищена 26.10.89.- М.,1989. 256 е.: ил.

91. Блещик Н.П. Структурно- механические свойства и реология бетонной смеси. Мн.: Наука и техника, 1977. - 232 с. : ил.

92. Пат. № 2017070 Российская Федерация , МКИ: G 01 F 1/64. Устройство для измерения расхода топлива / Ахобадзе Г.Н., Эфендиев И.М. Опубл. 30.07.94, Бюл. № 14.

93. Аладьев В.З. , Шишаков М.Л. Введение в среду пакета MATLAB. М.: Информационно- издательский дом "Филин", 1997.-368 е.: ил.

94. Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений . 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд- ние, 1991. - 304 е.: ил.

95. Лесин В.В., Лисовец Ю.П. Основы методов оптимизации. М.: Изд- во МАИ, 1995. - 344 е.: ил.

96. СН 509 .78. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений / Госстрой СССР . - М., 1979.

97. ЕНиР . Общая часть / Госстрой СССР. М.: Прейскурантиздат,1987.-38 с.136

98. ЕНиР. Сборник Е4. Монтаж сборных и устройство монолитных железобетонных конструкций / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1987. - 64 с.

99. СНиП 1.04.03 85. Нормы продолжительности строительства и задела в строительстве предприятий, зданий и сооружений / Госстрой СССР, Госплан СССР. - М.: Стройиздат, 1987. - 522 с.