Table of Contents
The Rise of Robotics in Prefabrication Manufacturing
وتشهد صناعة البناء تحولاً عميقاً حيث يجتاز الإنسان الآلي مرحلة مركزية في التصنيع السابق للزراعة، حيث إن التكاثر - عملية إعادة تركيب مكونات البناء في بيئة مصنع خاضعة للرقابة قبل الانتقال إلى موقع عمل - قد وعد منذ وقت طويل بتوسع جداول المشاريع، وخفض النفايات، وارتفاع الجودة، ويحول دمج الروبوتات إلى واقع بواسطة مهام التكرار والتقدير العالية التي كانت تؤديها في وقت سابق.
لماذا الأمور الآلية في الصنع
والتحول إلى الروبوتات في مرحلة ما قبل الصنع ليس فقط حول استبدال العمال البشريين؛ بل يتعلق بزيادة القدرات لتحقيق مستويات الدقة والاتساق والنواتج التي يتعذر استخدامها يدوياً؛ فبيئة الصنع مثالية للتشغيل الآلي لأنها خاضعة للرقابة، وقابلة للتكرار، وكثيراً ما تنطوي على معالجة المكونات الثقيلة أو المعقدة.
الدقة ومراقبة الجودة
يمكن للروبوتات المجهزة بمستشعرات وبصيرة حاسوبية أن تنفذ مهاماً تنطوي على تسامحات تصل إلى 0.1 ملليمترات، وهذا المستوى من الدقة حاسم في الصنع، حيث يجب أن تكون المكونات متماسكة في موقع البناء، ويمكن أن تؤدي الآثار التي عثر عليها بعد التركيب إلى تأخير المشاريع وتكاليف التأجيل.
السرعة ومن خلال الناتج
وعلى عكس العاملين في مجال الإنسان، يمكن للآليات أن تعمل 24/7 دون انقطاع أو تهاب أو تغيير في التحول، أما بالنسبة لمصنعي الصنع السابق للصنع، فإن ذلك يترجم إلى فترات أسرع من الدورة والقدرة على توسيع الإنتاج دون زيادات متناسبة في العمل، وعلى سبيل المثال، يمكن لنظم القطع الآلي أن تجهز صفائح من الفولاذ أو الألمني في حين يمكن للآليات الآلية أن تنقل عناصر عبر طابق المصنع في شكل من أشكال البناء ذات القيمة.
كفاءة التكاليف على المدى الطويل
ويمكن أن يكون الاستثمار المباشر في النظم الآلية - بما في ذلك المعدات والبرامجيات والتكامل - كبيرا، غير أن المدخرات الطويلة الأجل كبيرة، إذ أن انخفاض تكاليف العمل )لا سيما في المناطق التي تشهد ارتفاعا في الأجور ونقصا في العمل(، وانخفاض النفايات الناجمة عن التخفيضات أو اللحامات المعيبة، والتعجيل بإنجاز المشاريع كلها يسهم في تحقيق عائد إيجابي على الاستثمار، ويفيد العديد من الصانعين عن فترات انتكاسة تتراوح بين سنتين وأربع سنوات، بالإضافة إلى الحد الأمثل من استخدام المواد الخام.
سلامة العمال وعلمهم
وتشمل الصنع المسبق معالجة المواد الثقيلة مثل أحزمة الفولاذ، والخرسانة الجاهزة، وأفرقة كبيرة، ويؤدي رفع الأدلة وتكرارها إلى إصابات غير مباشرة، ويتحمل الجهاز الآلي هذه المهام الخطيرة - رفع الأماكن المحصورة ووضعها والربط بها، ومعالجة المواد الخطرة، ونتيجة لذلك، ترى المصانع عددا أقل من الحوادث ومطالبات التعويض للعمال الأقل قدرة على التركيز على الرقابة والبرمجة وضمان الجودة.
الأنواع الرئيسية للروبوتات في التصنيع قبل الصنع
ومجال الروبوتات في مرحلة ما قبل الصنع متنوع، حيث يصمم كل نوع آلي لمهام محددة، وفيما يلي بيان أكثر النظم شيوعا وتطبيقاتها.
أجهزة التقطيع الآلي وأجهزة التأشير
وتستخدم أجهزة قطع اللوزر والبلازما على نطاق واسع لقطع الصلب والألومنيوم والمواد المركبة ذات السرعة العالية والدقة، وكثيرا ما تتضمن هذه النظم دمجا في نظام CAD/CAM، مما يتيح للمهندسين تحميل ملفات التصميم مباشرة على جهاز التحكم الآلي، ثم يتبع الآلي مسار القطع تلقائيا، ويكيف مع سميك المواد والتوسع الحراري، ويستخدم أيضا روبوتات المياه في مواد لا يمكن أن تكون ذات مستوى حراري مرتفع.
نظم اللحام الآلي
فالحصب هو أحد أكثر المهام كثافة في العمل في مجال الصنع السابق للزراعة، ولا سيما بالنسبة لأطر الصلب الهيكلية ومكونات الأجهزة الثقيلة، وتستخدم خلايا اللحام الآلية أسلحة مفصّلة ذات مواقد يمكن أن تصل إلى أماكن ضيقة، وتحافظ على معايير ثابتة للحامل (المزارع، وسرعة البث السلكي، وسرعة السفر) في كل لحام، مما يؤدي إلى وضعيات موحدة ومفاصلات قوية.
معالجة المواد والآليات اللوجستية
(أ) المركبات الآلية المصحوبة بمرشدين والآليات المتنقلة المستقلة التي تنقل المواد الخام، وعناصر العمل الجاري، والنماذج النهائية حول المصنع، وخلافاً للمناقل التقليدية، يمكن أن تبحر العلاقات بين الأطراف المتجهة إلى بيئات دينامية، وتتجنب العقبات وتعيد توجيهها حسب الحاجة، ويمكنها رفع الحمولات إلى عدة أطنان، وتحرير العمال من دفع العربات أو قيادة المركبات ذات الرافعات الفوقية.
الجمعية العامة والروبوتات السريعة
ويقوم الروبوتات في الجمعية بمهام مثل تركيب العناصر وربطها - إدخال الأقواس، وحفر الحفر، وتشديد الفول، أو تطبيق الرش، وكثيرا ما تكون هذه الروبوتات مجهزة بمعاينات القوة/التوريك لضمان الدمج السليم وقوات المشبك، وفي إنتاج الألواح الجدارية، مثلا، يمكن للآليات أن تلتقط أشباحا من مجلة، وتضعها في فترات زمنية محددة، وتسرع في مسمارينها.
أجهزة التفتيش والتقدير
إن مراقبة الجودة هي حجر الزاوية في التكاثر الجاهز، ويتزايد استخدام الروبوتات للتفتيش الآلي، وتنسق أجهزة القياس، وتفحص الروبوتات الليزرية من أجل الدقة البُعدية، ويمكن لنظم التفتيش البصرية المجهزة بأجهزة التكتل الآلاتي أن تكتشف عيوب سطحية أو شقوق أو أخطاء قد تكون غير مرئية للعين البشرية، ومن خلال الإمساك بأخطاء في الإنتاج، تجنب المصنّع الثقابر من حيث التكلفة.
إدماج الروبوتات في تدفقات العمل الرقمي
وبالنسبة للآليات التي تقدم أقصى قيمة، يجب أن تدمج بشكل صارم مع أدوات الهندسة والتخطيط الرقمية المستخدمة في التجهيز السابق للصناعة، وكثيرا ما يشار إلى هذا التكامل على أنه " توأم ثنائي ديجيتال ] أو مصنع ذكي إيكولوجي، والعناصر التالية حاسمة.
:: نمذجة معلومات البناء إلى الاتصالات الآلية
(ب) يقدم نموذجاً رقمياً غنياً للمبنى، بما في ذلك جميع المكونات وعلاقاتها المكانية، عن طريق ربط بي إم مباشرة بالأجهزة الآلية للتحكم، يمكن لمصانع الصنع أن تولد تلقائياً برامج آلية للتقطيع والربط والتجمع، وأي تغييرات في تصميم نموذج BIM تنعكس تلقائياً في التعليمات الآلية، وتلغي إعادة البرمجة اليدوية، وهذا تدفق العمل المعدّل يقلل من الأخطاء إلى سرعة
بيانات الوقت الحقيقي ورصد الأداء
فالروبوتات تولد كميات كبيرة من البيانات - أوقات الدورات، ومعدلات الخطأ، واستهلاك الطاقة، وقراءات الاستشعار - ويمكن أن تُدرج هذه البيانات في نظام إدارة المصنع من أجل تحقيق الحد الأمثل من جداول الإنتاج، والتنبؤ باحتياجات الصيانة، وتحديد الاختناقات، مثلا، إذا كان هناك معالم مشتركة للجودة بين الروبوتات، يمكن للنظام أن يُعَلِّم المسألة قبل إنتاج الأجزاء العسيرة.
الوفاق والصناعة
فالآليات في مجال التجهيز السابق للصناعة تشكل على نحو متزايد جزءا من هيكل صناعي أوسع نطاقاً، حيث تتواصل الأجهزة والمجسات ونظم التخطيط عبر بروتوكولات IoT مثل البروتوكولات الملحقة ببروتوكولات منظمة حظر الأسلحة الكيميائية أو MQTT، وهذا الربط يتيح التصنيع المرن - مثلاً، يمكن للخلية الآلية أن تتحول تلقائياً بين مختلف تصميمات الوحدات استناداً إلى الأوامر الواردة، ومع تزايد الطلب على تكييف الكتلة في مجال البناء، تصبح هذه المرونة ميزة تنافسية.
التحديات التي تواجه التبني
وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، فإن الطريق إلى الاندماج الآلي الكامل في مرحلة ما قبل الصنع ليس بدون عقبات، ويجب على المصنعين وشركات البناء أن تتصدى لعدة تحديات.
الاستثمار في رأس المال
فالنظم الآلية، ولا سيما الأسلحة الكبيرة المفصَّلة والمؤثرات النهائية التقليدية، تتطلب رأس مال كبير في البداية، أما بالنسبة لمحلات الصنع الصغيرة والمتوسطة، فإن التكلفة يمكن أن تكون باهظة، وخيارات التمويل، وترتيبات الإيجار، والحوافز الحكومية للتشغيل الآلي آخذة في الظهور ولكنها لم تُنتشر بعد، ويتعين على المصنعين أن يحسبوا بعناية فترات الاسترداد وينظر في التبني التدريجي (مثلا، بدءا من خلية واحدة للحام).
الحاجة إلى قوة العمل الماهرة
وفي حين أن الروبوتات تقلل من الطلب على العمل اليدوي، فإنها تزيد من الحاجة إلى العمال ذوي المهارات في البرمجة والصيانة وإدماج النظم، وتواجه صناعة البناء فجوة في المهارات الموثقة توثيقا جيدا في الأدوار الرقمية، ويجب على الشركات الاستثمار في برامج التدريب وتربية العمال القائمين، كما أن الآليين التعاونيين (الرجال) الذين يسهل عليهم البرنامج المساعدة على تخفيف الحاجز، ولكن التدريب الشامل يظل أساسيا.
التكامل مع نظم الإرث
ويعمل العديد من المصانع السابقة للزيارة مع معدات وبرامجيات أقدم غير مصممة للتشغيل الآلي الحديث، ويمكن أن تكون إعادة تجهيز الروبوتات في هذه البيئات معقدة وقد تتطلب استبدال نظم المراقبة، وتركيب مناطق جديدة للسلامة، وإعادة تشكيل سير العمل، ويحقق نهج تدريجي، بدءا بمهام مختلفة، ويتوسع تدريجيا، في كثير من الأحيان، أفضل ما يمكن.
السلامة والامتثال
ويجب أن يمتثل الجهاز في مرحلة ما قبل التجهيز لمعايير السلامة الصارمة مثل المعيار الدولي للتوحيد القياسي رقم 10218 ورقم 15-6، ويشمل ذلك الحدود اللينة التي تُحكم بالسلامة، والستارات الخفيفة، وأحكام التوقيف الإلكتروني، وضمان أن يكون البشر والروبوتون قادرين على العمل بأمان في مقربة من مكان قريب (وبخاصة مع قوالب) يتطلب تقييماً دقيقاً للمخاطر، كما يجب على المصنعين أن يستوفوا شروط مدونة البناء بالنسبة للمنتجات النهائية، أي أن تكون العمليات الآلية صحيحة.
الاتجاهات المستقبلية
ومستقبل الروبوتات في التصنيع السابق للزراعة مشرق، مدفوعاً بالتطورات التكنولوجية والمطالب السوقية المتغيرة، وستشكل الاتجاهات التالية العقد القادم.
الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي
وستمكن منظمة العفو الدولية الروبوتات من التعامل مع قدر أكبر من التباين في المكونات والعمليات، فعلى سبيل المثال، يمكن لنظم الرؤية الآلية التي يتم تدريبها على آلاف الصور أن تصنف العيوب أو تعترف بالتوجهات الجزئية بدقة عالية، ويمكن للتعلم من أجل تعزيز المسارات الآلية لتقليل فترات الدورات واستخدام الطاقة، ومع تحسن المقاييس، ستصبح الروبوتات أكثر استقلالا، مما يتطلب تدخلا أقل من البشر لإعادة برمجة البرمجيات والتشويش.
الروبوتات التعاونية (الكبوتات)
ويستهدف هذان الكوبوتان العمل إلى جانب البشر الذين لا يملكون أقفاص أمان، وهما أخف، وأكثر فسادا، ومجهزان بمستشعرات حدية للقوة تمنعهما من الاتصال، وفي مرحلة ما قبل الصنع، يمكن للزوارق أن تساعد في مهام مثل جمع اللوحات، والاختراق، والتفتيش، ويسهل إعادة تشكيل منتجات مختلفة، مما يجعلها مناسبة جيداً لعمليات البناء العالية المستوى، وهي عمليات إنتاج ذات حجم منخفض.
المؤثرات النهائية المتقدمة والقرايين
المؤثرات النهائية هي "يد الروبوتات" والتطورات تتوسع في ما يمكن للآليين التلاعب به، وسرقات الخدع التي تتفق مع الأشكال غير القانونية، وأجهزة التعبئة الفراغية لفرق كبيرة، وأجهزة الإمساك المغنطيسي لقطع الصلب تسمح للآليين بتناول مجموعة واسعة من المواد دون تغيير في الأدوات، وأجهزة التغيير السريع تمكن آلي واحد من التحول بين اللحام والحزن والتفتيش في ثواني.
التعاون الآلي على الموقع
وبدأت بعض شركات البناء النموذجية في نشر الروبوتات ليس فقط في المصانع بل أيضا في مواقع البناء للجمع النهائي للوحدات الجاهزة، ويمكن لهذه الروبوتات أن تساعد في رفع الوحدات وتحديد مواقعها، وأن تقوم بمواءمة دقيقة، بل وأن تقوم بالبلود أو الغليان النهائيين، وهذا التمديد للتشغيل الآلي على مستوى المصنع إلى الوعود الميدانية بتخفيض العمل في المواقع والتعجيل بإنجاز المشروع.
الاستدامة والكفاءة المادية
فالروبوتات تساهم في الاستدامة بطرق عدة، إذ أنها بتقطيع المواد ذات الدقة العالية، تقلل من النفايات، وقدرتها على العمل بالوزن الخفيف، والمواد المتقدمة (مثل الخشب المصمم، والمركبات المعاد تدويرها، وألياف الكربون) تتيح تصميمات تستخدم مواد أقل عموما، كما أن التشغيل الآلي يقلل من آثار الكربون المرتبطة بإعادة تشغيل ونقل الأجزاء المعيبة، حيث تصبح أهداف البناء الصافية صفرا أكثر شيوعا، فإن الروبوتات الرئيسية ستمكن من ذلك.
التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية
وقد أسفر إدماج الروبوتات في البرمجيات المسبقة عن نتائج ملموسة في جميع أنحاء العالم، وهذه أمثلة توضيحية قليلة.
الإسكان النموذجي في المملكة المتحدة
ويستخدم أحد شركات صناعة المنازل النموذجية الرئيسية في المملكة المتحدة خلايا لحام آلي لتصنيع فوضى فولاذية للوحدات السكنية، وقد كان كل فوضى في السابق بحاجة إلى ثلاثة ألغاز متفرغة؛ والآن يقوم عامل واحد بالإشراف على أربعة روبوتات ملتصقة تنتج الفوضى في نصف الوقت مع وجود عيوب أقل بنسبة 30 في المائة، وقد ضاعف المصنع إنتاجه دون زيادة المساحة الأرضية.
بذور الحمام الجاهزة في سنغافورة
وقد أدى دفع سنغافورة إلى البناء القائم على الإنتاجية إلى اعتماد جمعية آلية لطوابق الحمام - وحدات كاملة بسباكة وانتهاء، ويطبق الروبوتات الرش والاختتام، ويضع المواصفات، ويحقق الجودة، ويفيد الصانع بأن تخفيضا بنسبة 40 في المائة في وقت الإنتاج وانخفاضا بنسبة 50 في المائة في إعادة العمل، مما يسهم في سرعة تنفيذ المشاريع لأغراض الإسكان العام.
Concrete in Germany
وفي ألمانيا، يستخدم منتج للعناصر الخرسانية الجاهزة للأشعة الليزرية آلياً للتشكيلات ولعمليات الانتهاء من الخرسانة، ويُعدل الآليون مع المعالم الجيولوجية المعقدة، بما في ذلك الألواح المكشوفة، التي يصعب تحقيقها يدوياً، ويضمن النظام دقة البعد في غضون مليمتر واحد، وهو أمر حاسم بالنسبة للمشاريع المعمارية العالية التي يزودون بها.
خاتمة
فالروبوتات ليست مجرد تحسين تدريجي في التصنيع السابق للتصنيع - بل تمثل تحولا أساسيا في كيفية تصميم وإنتاج وتجميع مكونات البناء، فجمع الدقة والسرعة والسلامة والتحسين المدفوع بالبيانات يعطي المصنعين مجموعة أدوات قوية لتلبية الطلب المتزايد على مزايا البناء الأكثر سرعة وأعلى جودة وأكثر استدامة، وفي حين أن التحديات مثل تكاليف رأس المال وتدريب القوى العاملة لا تزال قائمة، فإن التقدم المحرز في هذا المجال واضح: