PT-CT Bekistings Robot

Overgenomen uit PT-Civieltechniek van sept. 1988

Eerste stap naar CIM in de bouw,
door Ing. AW. van den Thoorn.

Automatisering bekistingsfabriek bij HBW

Bij HBW te Gouda is sinds kort een systeem in gebruik, waarmee de fabricage van bekistingselementen wordt gekoppeld aan het ontwerp. Het systeem, Cadkist, is een vorm van Computer Integrated Manufacturing (CIM), en een vervolg op het Cadam-systeem, waarmee twee jaar geleden de eerste ontwikkelingen op het gebied van bouwplaatsautomatisering zijn begonnen. Doel van het Cadkist-project is enerzijds het automatiseren van de bekistingsfabricage, en anderzijds het opdoen van ervaring met bouwplaatsautomatisering. Deze moet leiden tot een betere en snellere bouwproduktie, en een kostenbesparing van 10 a 15 procent.

Waterbouw

De (water)bouw staat in het algemeen niet bekend als een bedrijfstak waar de automatisering ver is doorgedrongen. Veelal beperkt de toepassing van de computer zich tot geisoleerde ontwerpprogramma’s voor beton- of staalconstructies, en programma’s op het gebied van de calculatie / werkvoorbereiding. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld de produktiesector, waar in ontwerp en produktie (robots) de automatisering steeds verder gaat. Er zijn echter enkele factoren, die een snelle automatisering in de bouw belemmeren.

Dit zijn:

• De enkelstuksproduktie: een bouwwerk is, zeker in de waterbouw, vaak een uniek produkt, waarbij geen serieproduktie aan de orde is.
• Er is een sterk gesegmenteerde organisatie met een groot aantal partners, zoals opdrachtgever, ontwerper, constructeur, uitvoerder, toeleverancier. Deze situatie bemoeilijkt de snelle overdracht van informatie.
• Er zijn in de bouw veel kleine uitvoerende bedrijven, met een te klein draagvlak voor automatisering.
• De bouw heeft een laag technisch imago.

C.A.D.

Toch is er ook in de bouw een tendens naar een toenemende automatisering van een aantal deelprocessen, en van integratie hiervan. Computer aided design (CAD), het met de computer vervaardigen van tekeningen, komt bij grote opdrachtgevers en constructeurs steeds meer voor.

Automatisering bij HBW

Het gebruik van de computer in onderdelen van het bouwproces is ook bij HBW reeds geruime tijd in opkomst. Uiteraard zijn tijd- en kostenbesparingen doelstellingen bij de automatisering, maar ook een betere bouwkwaliteit door minder fouten en grotere nauwkeurigheid is belangrijk. Reeds 25 jaar geleden ontstonden bij het bedrijf de eerste financiële en administratieve toepassingen van de computer, en werden constructies met de computer berekend. Dit gebeurde toen in hoofdaak op een aantal grote computers (mainframes) op het hoofdkantoor van de HBM te Rijswijk. Met name sinds de opkomst van de personal computer (PC) aan het begin van de jaren tachtig neemt de automatisering sterk toe. Er zijn nu ongeveer 500 PC’s in gebruik, voornamelijk gekoppeld in een netwerk. In 1982 wordt computer aided design (CAD) geïntroduceerd in de vorm van het systeem Cadam. Met dit systeem worden constructies berekend en getekend, en inmiddels is speciaal voor HBW software ontwikkeld voor het berekenen van de wapening van betonconstructies en het ontwerpen van wegen. Er staan nu binnen HBG zo’n dertig werkstations van het CAD-systeem opgesteld, inclusief Micro Cadam, de PC-versie. Met het Cadam systeem blijft de toepassing van de computer vooralsnog beperkt tot het ontwerpproces. In 1986 is voor het eerst ook de bouwplaats betrokken bij het werken met Cadam. Bij de bouw van de Philips Submicron fabriek te Nijmegen, stond in de bouwkeet een werkstation, dat online via een gehuurde telefoonlijn verbonden was met de centrale computer te Rijswijk. Bij dit project met een zeer korte bouwtijd konden wijzigingen in tekeningen direct vanuit het hoofdkantoor worden doorgegeven naar de bouwplaats. Omgekeerd konden ook tijdens de bouw opgetreden afwijkingen, zoals paalmisstanden, worden doorgegeven naar de ontwerpafdeling, en direct worden verwerkt in gewijzigde tekeningen. Bij het project in Nijmegen werd de eerste stap gezet naar een verdere integratie van de automatisering in het bouwproces.

Bekistingsfabriek

Als vervolg op het hierboven genoemde project is twee jaar geleden gezocht naar een demonstratieproject, waarbij computer aided manufacturing (CAM) kan worden toegepast in het bouwproces. Het betreffende project moet daarbij niet te gecompliceerd zijn, en bijvoorbeeld geen partijen van buiten kennen. De fabricage van bekistingen bleek hier een geschikt project, omdat ontwerp, produktie en plaatsing van de bekistingen geheel binnen HBW plaatsvinden. De bekistingfabriek is zeer geschikt als imitatie van een bouwplaats, omdat een groot aantal kenmerken van een bouwplaats ook voor de bekistingsfabriek geldt. Er worden steeds verschillende produkten gemaakt, en ook de organisatiestructuur (voorman met een aantal timmerlieden) komt overeen met die van een bouwplaats. De opdrachtgever is in dit geval de bouwplaats. De begeleidingsafdeling zorgt voor de contacten tussen de ontwerpafdeling, de fabricage-afdeling en de opdrachtgever. Een voordeel van de keuze voor de bekistingsfabriek is voorts, dat deze in de nabijheid ligt van het kantoor van HBW te Gouda. Verder kent de fabriek, in tegenstelling tot een ‘echte’ bouwplaats, geen beperkte projectduur. Dit heeft als voordeel, dat men het produktieproces grondig kan analyseren en de onderdelen die daarvoor in aanmerking komen, geheel of gedeeltellik kan automatiseren. De bekistingsfabriek maakt voor eigen werkmaatschappijen en derden bekistingsconstructies, per jaar wordt ca. 20.000 m2 geproduceerd. Het gaat hierbij hoofdzakelijk om houten bekistingen, volgens het noë- en dokasysteem. Stalen bekisting wordt uitbesteed aan derden.

De bekistingen worden gefabriceerd op basis van twee soorten tekeningen, die door de ontwerpafdeling van HBW zijn vervaardigd:

• stel- of inzettekeningen, bestemd voor plaatsing van de bekisting op de bouwplaats
• montagetekeningen, bestemd voor vervaardiging van de bekisting in de fabriek

In de fabriek worden ook gecompliceerde bekistingsconstructies gemaakt, waarbij in het geval van bijvoorbeeld gebogen vlakken uitslagen worden gemaakt.
De bekistingen worden zodanig vervaardigd, dat ze per vrachtauto kunnen worden vervoerd naar het betreffende werk.

Cadkist

In de fabriek worden ook gecompliceerde bekistingsconstructies gemaakt, waarbij in het geval van bijvoorbeeld gebogen
De automatisering van de bekistingsfabriek is een verdere ontwikkeling van het Cadam-systeem. Het systeem, Cadkist genaamd, beoogt enerzijds de automatisering van het bekistingsproces en anderzijds het opdoen van ervaring met automatisering van de bouwplaats. Dit laatste houdt in, dat bij het Cadkist-project ook automatiseringsstappen zijn genomen, die niet strikt nodig zijn voor de fabricage van de bekisting. Zo geschiedt de overdracht van informatie tussen ontwerpafdeling en fabriek met telefoonlijnen via de computer. Gezien de afstand tussen kantoor en fabriek (ca. 1 km) is dit niet noodzakelijk, en zouden de gegevens ook met een floppy disk kunnen worden gebracht. Een bouwplaats zal echter altijd op een aanzienlijk grotere afstand liggen, eventueel zelfs buiten Nederland; om de informatie-overdracht hiervoor te testen is daarom toch gekozen voor (normale) telefoonlijnen. Essentieel bij de totstandkoming van het Cadkist-project was dat alle informatie van het ene naar het andere stadium van de produktie steeds overdraagbaar moest zijn via de computer.

Ontwerp

Het Cadkistproject bestaat uit vier deelprojecten, namelijk ontwerp, werkvoorbereiding, produktie en montage. De eerste twee fasen vinden plaats op het kantoor, de derde in de fabriek en de laatste op de bouwplaats. Het ontwerp van de bekisting begint bij de tekening van de constructie, die afkomstig is van de opdrachtgever. Op basis van deze tekening maakte de tekenaar ‘vroeger’ achter het tekenbord stel- en montagetekeningen. Tegenwoordig gebeurt het maken van steltekeningen en het uitvoeren van de nodige berekeningen met het Cadam-systeem. Bij het maken van deze tekening wordt gebruik gemaakt van een groot aantal bekistingselementen; om tot een optimaal gebruik van de bekisting te komen moet er veel met onderdelen worden geschoven. Dit zogenaamd laagproduktieve tekenwerk leent zich minder voor de krachtige, maar dure mainframe computer. Daarom is in het kader van Cadkist voor dit tekenwerk speciaal een stand-alone Micro Cadam computer aangeschaft. Deze ‘snelle’ PC is, evenals de mainframe versie, voorzien van een standaardbibliotheek met bekistingsonderdelen. Deze behoeven dus niet apart te worden getekend, en kunnen snel in een constructie worden geplaatst. Via een online verbinding wordt de steltekening na voltooiing naar de mainframe computer gebracht. Vanuit deze computer, maar ook vanuit de Micro Cadam, kan de tekening worden geplot op een elektrostatische plotter. De volgende fase in het ontwerpproces is het maken van montagetekeningen. Het maken van deze tekeningen is hoogproduktief tekenwerk, waarbij minder dan bij de steltekening behoeft te worden uitgezocht en meer moet worden getekend. Dit tekenwerk wordt daarom op de mainframe computer gedaan. Hiervoor is een aantal speciale programma’s ontwikkeld, waarmee ook een materiaalstaat wordt gemaakt. In de eerste stap van het maken van een montagetekening neemt de tekenaar het boven- en zijaanzicht over van de steltekening, en plaatst ze zodanig, dat er voldoende ruimte overblijft voor het maken van een vooraanzicht en voor diverse maatvoeringslijnen. In de tweede stap voert de tekenaar het type bekistingsplaat in, en geeft aan in het boven- en zijaanzicht de plaatbegrenzingen, posities van centerpennen en conussen en de plaats van de zaagstaat op de tekening. In stap 3 genereert het systeem automatisch het vooraanzicht, met daarop de positief van de in stap 2 genoemde onderdelen. Verder maakt het systeem voor elke plaat in het vooraanzicht een attribute, dat automatisch wordt gevuld met het type plaat en lengte- en breedte-afmeting. Tevens wordt de zaagstaat op de tekening geplaatst. In stap 4, de laatste fase, wordt van die onderdelen, waarvan nog geen afmetingen bekend zijn, deze bepaald. Op de tekening wordt van deze onderdelen met een driehoekje aangegeven dat er attributie-informatie aan is gegeven. Tenslotte werkt de tekenaar de tekening af door tekst en extra maatvoering aan te geven. Het systeem kan hierna vanaf deze tekening automatisch een uittrekstaat maken.

Werkvoorbereiding

Op basis van de montagetekeningen wordt automatisch een ruwe uittreklijst vervaardigd. Hierop staan alleen de gegevens van het project en een lijst met codenummers. Deze gegevens worden ingevoerd in dBase Ill, een relationele database, waarbinnen een programma elke gewenste uittrekstaat kan maken en afdrukken. Met dit programma wordt de relatie gelegd tussen de codenummers en een database met bekistingsonderdelen. Er is ook een koppeling gemaakt tussen dit uittrekprogramma (PCKIST) en een reeds bestaand begrotingsprogramma (CALKIST).

Communicatie

Hoewel het, zoals hierboven vermeld, voor de bekistingsfabriek niet strikt nodig is, is de ontwerpafdeling ‘online’ door middel van een telefoonlijn verbonden met de produktie-afdeling. Micro- Cadam tekeningen en uittrekstaten worden voor het overzenden samengevoegd tot een bestand. Het overzenden gebeurt in de regel ‘s nachts, omdat het overzenden van de informatie wel enige tijd vergt, en uiteraard de kosten dan lager liggen. Voor het overzenden van enkele tekeningen is ongeveer 15 mm nodig, en het printen van een tekening vergt 7 ~ 8 mm. In de bekistingsfabriek is een Micro Cadam werkstation opgesteld die de samengevoegde bestanden weer ‘uit elkaar’ haalt. Op het beeldscherm kunnen de tekeningen worden bekeken, en zonodig kan extra informatie worden opgevraagd, zoals aanvullende maatvoering en details.

Robot

Binnen het Cadkist-project is ook de volgende stap, de produktie van bekistingen, in de automatisering opgenomen, en daarmee een eerste stap naar CIM in de bouw. In de bekistingsfabriek is, in de nabijheid van het Micro Cadam werkstation, een plotter opgesteld. Deze speciaal voor dit project ontwikkelde plotter kan, uitgaande van gedeelten van tekeningen, op schaal 1:1 rechtstreeks op bekistingsplaten tekenen. De plotter wordt aangestuurd door het micro-CAD systeem in de fabriek. Het tekenen op de bekistingsplaten gebeurt met een kleine frees, die de lijnen op de platen uitfreest. De machine is zodanig uitgevoerd, dat in een later stadium ook een zaagmachine aan te sturen. Op deze wijze kunnen ook uitslagen gemaakt worden, waaronder zeer gecompliceerde. De snelheid en nauwkeurigheid zijn vele malen groter dan op de traditionele manier mogelijk zou zijn; de nauwkeurigheid van de plotter is 0,3 mm. Met de machine kan een plaat van maximaal 2 x 3 m worden afgetekend.

Ervaringen, toekomst

Met het Cadkist-programma is reeds enkele maanden ervaring opgedaan. Het systeem lijkt vooral bij gecompliceerde bekistingsconstructies voordelen te bieden. Eenvoudige uitslagen kunnen door een goede timmerman in ongeveer dezelfde tijd worden gemaakt, maar bij ingewikkelde uitslagen kan de machine tot ca. tien maal sneller werken. Het systeem biedt ook voordelen in situaties, waar bekistingen door hun ingewikkelde vorm of alleen bij benadering of alleen tegen hoge kosten te maken zijn. Een voorbeeld hiervan is de bekisting voor galerijen van de Stopera te Amsterdam. Deze bekisting zou op de traditionele manier alleen te stellen zijn met een grote maatvoeringstoren, hetgeen een kostbare zaak geweest zou zijn en bovendien het bouwproces sterk zou hebben verstoord. Een ander voorbeeld is de bekisting voor de inlaatriolen voor de waterkrachtcentrale te Linne, die ook door HBW wordt gebouwd. Deze riolen hebben een verlopende as, en bovendien een doorsnede die verloopt van vierkant tot rond. De uitslagen voor een bekisting zijn in dit geval nog alleen met een computersysteem te maken.

Het Cadkist project bij HBW zal de basis zijn voor een verdere invoering van CAD en CIM bij de Hollandsche Beton Groep. Vooral in organisatorisch opzicht moet nog de nodige ervaring worden opgedaan; hierbij is de acceptatie van de gebruiker zeer belangrijk. De ervaringen met Cadkist zullen worden gebruikt voor andere projecten, hierbij valt te denken aan een ontwerp- en fabricageprogramma voor betonwapening, dit in samenwerking met een vlechtbedrijf en een ingenieursbureau. Op korte termijn wordt begonnen met het installeren van werkstations op bouwplaatsen, die bekistingstekeningen kunnen opvragen op het beeldscherm. De tekeningen zijn opgebouwd uit verschillende lagen, met elk een aparte functionele inhoud, zoals betonvorm, bekisting, in te storten onderdelen enz. Deze lagen kunnen apart, of in logische combinaties, worden geplot. Op deze wijze kan alleen die informatie worden opgevraagd, waaraan op een bepaalde fase in het bouwproces behoefte bestaat, en wordt dus alle overbodige informatie weggelaten. Dit bevordert de snelheid van werken en verkleint de kans op vergissingen. Op langere termijn wordt het mogelijk vanaf de bouwplaats op eenvoudige wijze in contact te komen met de ontwerpafdeling, en bijvoorbeeld vanaf de bouwplaats wijzingsvoorstellen online over te zenden naar het kantoor. Verder wordt voor de toekomst gedacht aan het met de computer bijhouden van de planning en voortgang van een project, waarbij snel problemen en wijzigingen kunnen worden gesignaleerd. Het systeem kan ook worden gebruikt voor kwaliteitsborging van een gebouwd object.

Het Cadkist-project is een samenwerking van:

• het ministerie van Economische Zaken, in het kader van het PBTS, Projectmatige Bedrijfsgerichte Technologie Stimulering
• de TU-Delft
• ClAD/CUR voor bet uitdragen van de demonstratiefunctie van het project.