توسعۀ سیستمهای فیزیکی – سایبری برای به کار بردن در صنعت ساخت و ساز
اجازه دهید این مطلب را اینگونه آغاز کنیم که صنعت ساخت و ساز به طور سنتی در پذیرش فناوریهای نوین روند کندی دارد و به همین دلیل است که میزان بهرهوری آن نسبت به سایر بخشهای صنعت پایین بوده و در معرض انتقادات بسیاری قرار گرفته است. با این حال، این وضعیت در حال تغییر بوده و در چند سال اخیر بخش صنعتی جوامع به طور قابل توجهی در پذیرش فناوری اطلاعات و ارتباطات پیشرفت چشمگیری داشته است.
امروزه، شرکتهای متعددی وجود دارند که به طور معمول سطوح متفاوتی از سیستم مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) و یا طراحی و ساخت مجازی (VDC) را به عنوان راه حل اتخاذ میکنند. در برخی کشورها، به عنوان مثال: انگلستان، سنگاپور، فنلاند و سوئد، شرکتهایی که به دنبال دریافت قراردادهای دولتی هستند، بایستی سطح مشخصی از BIM را در دستور کار خود قرار داده و آن را به کار ببندند. این امر سبب صنعتی شدن هرچه بیشتر فعالیتها در جوامع آنها گردیده است.
در این مقاله ما در تلاش هستیم که ویژگیهای کلیدی CPS را معرفی نموده و توضیح دهیم که چگونه میتوان از آن برای پاسخ به بعضی مشکلات موجود در تحویل پروژههای ساختمانی استفاده نماییم. به عبارت دیگر، این مطلب نمونههای اولیۀ تحقیقاتی که با استفاده از نظرسنجیها، آزمایشهای میدانی و روشهای نمونهسازی توسعه یافتهاند را، نشان داده و ویژگیهای کلیدی و مزایای CPS برای استفاده از آن در صنعت ساخت و ساز و رویکرد توسعۀ آنها را بیان کند.
ورود سیستم CPS به دنیای صنعت ساخت و ساز
یکی از روشهایی که میتوان وجود CPS در صنعت ساخت و ساز را از طریق آن تأیید نماییم، ایجاد یکپارچه سازی دقیق میان سیستمهای فیزیکی با نمونۀ مجازی آنها در پروژههای ساختمانی، میباشد. ظهور سیستمهای فیزیکی – سایبری (CPS) فرصتهای بیشماری را برای صنعت ساخت و ساز فراهم میکند تا از فناوریهای نوین جهت بهبود فرآیندهای ساختمان سازی بهره ببرد.
عدم وجود هماهنگی و سازگاری میان مدلهای مجازی اجرا شده توسط طراحان و کار ساخت و ساز فیزیکی در محل پروژه، سبب شده است تا شرکتهای سازنده نیاز به استفاده از CPS را در فرآیند کاری خود به خوبی احساس کنند. چرا که معمولاً مدلهای مجازی اجرا شده در مرحلۀ طراحی توسط طراحان، در مرحلۀ ساخت به خوبی مورد توجه قرار نگرفته و به کار برده نمیشوند.
CPS با فراهم کردن یک اتصال مستحکم میان مدلهای محاسباتی و موجودیتهای فیزیکی مرتبط، مکانیسم مناسبی را برای تیمهای حاضر در پروژههای ساخت و ساز ارائه میکند تا شکاف بین مدلهای مجازی و فرآیندهای فیزیکی را پر کند. این امر باعث میشود تا انواع برنامهها، خدمات و سایر نوآوریها توسعه یافته و به کار گرفته شوند و بر اساس آن یک هماهنگی دو جهته میان این مراحل ایجاد شود. به زبان سادهتر، استفاده از مدل مجازی به عنوان یک بخش مهم از فرآیند فیزیکی پروژه حائز اهمیت بوده و روند کار را تسهیل میکند.
ویژگیهای کلیدی سیستم CPS
پیشتر در رابطه با مفهوم CPS صحبت کردیم و یک مرور مختصر بر سیستمهای فیزیکی – سایبری (CPS) داشتیم. همانطور که از مطالب بالا مشخص است، CPS یک سیستم نوین جهت ایجاد هماهنگی دو جهته میان تمام فعالیتهای مجازی با فرآیند ساخت و ساز میباشد. این فناوری میتواند در طیف وسیعی از فعالیتهای این صنعت مورد استفاده قرار گیرد.
CPS یک فناوری نوین است که مانند سایر تکنولوژیهای روز دنیا میتواند در روند پیشرفت صنعت ساخت و ساز بسیار اثرگذار باشد. این سیستم دارای مزایای متعددی بوده که ما در ادامه به بعضی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- CPS یک پل ارتباطی است!
سیستم CPS از دو عنصر اصلی تشکیل شده است: ایجاد پل میان “مرحلۀ فیزیکی به مرحلۀ سایبری” و نیز ترسیم پل ارتباطی میان “مرحلۀ سایبری به مرحلۀ فیزیکی”. اجازه دهید تا این موضوع را با ترسیم یک شکل در زیر توضیح دهیم.(شکل 1)
- پل فیزیکی به سایبری : اجزاء و فرآیندهای ساخت و ساز از طریق حسگرها و سایر سیستمهای ردیابی، بررسی و پیگیری میشوند. دستیابی به پیشرفت مورد نظر و ایجاد تغییرات در روند ساخت و ساز جهت انجام اقدامات لازم، با کمک فعالیتهای سایبری مرتبط با پروژه مورد نظارت و هماهنگی قرار میگیرند.
- پل سایبری به فیزیکی : این بخش از CPS بعد فعال سازی را پوشش داده و نحوۀ استفاده از اطلاعات حسگرها را برای مدیریت هرچه بهتر فرآیند دیکته میکند. فعال سازی به این معنا است که اطلاعات مناسب را جهت به کار بستن در روند تصمیم گیری سریع جمع آوری نمایید. به عبارت سادهتر، از اطلاعات به دست آمده برای کنترل فعالیتها، منابع و نیز عناصر ساختمان در محل پروژه بهره ببرید.
- دستیابی به CPS از طریق هماهنگی دو جهته
حصول اطمینان از سازگاری بین مدلهای دیجیتال و امکانات فیزیکی ساخته شده، که البته نیازمند توسعۀ یک رویکرد هماهنگی دو جهته برای دستیابی به CPS است، بسیار حائز اهمیت میباشد. روشهای ادغام مرسوم که در گذشته استفاده میشد، فقط محیط فیزیکی را آن هم به صورت غیرفعال نظارت میکنند و این در حالی است که این رویکرد ایجاد اتصال و هماهنگی شدید بین محیط مجازی و فیزیکی را به خوبی تسهیل میکند.
- CPS برای ردیابی و بهره برداری اجزای ساخت و ساز
فرآیند ساخت و ساز مستلزم تعامل بین انواع اجزاء در روند اجرای آن است که در صورت عدم پیگیری و نظارت دقیق، میتواند پیامدهایی بر عملکرد پروژههای ساختمانی و نیز تأسیسات ساخته شده، داشته باشد. برای نشان دادن اینکه چگونه CPS میتواند هماهنگی دو جهته بین مدلهای مجازی و ساختمان فیزیکی و نیز تأسیسات ساخته شده را افزایش دهد، توجه به موارد زیر خالی از لطف نیست.
3.1) نظارت بر پیشرفت
برای استفاده از یک سیستم فیزیکی – سایبری، بخشهای تشکیل دهندۀ یک مدل ساختمانی فیزیکی، در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از یک سیستم برچسب گذاری میشوند. تمامی اطلاعات لازم از طریق این سیستم خوانده و محاسبه میشود. از طرفی دیگر، یک افزونه در این سیستم وجود دارد که مختصات هر قسمت برچسب گذاری شده را از پایگاه دادۀ آن استخراج و وضعیت نمایش مجازی قسمت برچسب گذاری شده را به روز میکند.
3.2) ردیابی و کنترل قطعات انبوه
CPS، به منظور بهبود مدیریت انرژی فرصتهایی را برای مکان یابی و ردیابی اجزای عمدۀ موجود در تأسیسات ساخته شده، فراهم میکند. به عنوان مثال، اگر حتی یک لامپ نیاز به تعویض داشته باشد، مدیر تعمیر و نگهداری میتواند قبل از اعزام تیم خود برای بررسی و رفع نقص، جزئیات آن را از مدل مجازی دریافت کند.
3.3) اعتبار سنجی
برنامههای کاربردی و ردیابی مؤلفه مبتنی بر CPS با یک گروه متمرکز متشکل از دو مدیر ساخت و ساز، سه مدیر تأسیسات، دو طراح و دو مالک ارزیابی شدند. این افراد بر اساس تجربۀ خود جهت نظارت بر عملکرد پروژه و نگهداری پیشگیرانه در تأسیسات ساخته شده، انتخاب شدند.
آنها پیشنهاد نمودند که برنامههای کاربردی را برای مدیریت طرح بندی سایت و ردیابی اجزای ساختاری، سیستمهای مکانیکی، الکتریکی، لولهکشی و تجهیزات ساختمانی بسط دهند. این شرکت کنندگان همچنین بازخورد خود را در رابطه با :
- بهبود قابلیت استفاده از رابط کاربری مشتری و مدل مجازی
- اتصال به اینترنت
- و گسترش برنامۀ CPS برای ردیابی سایر مواد و کاوش در سیستمهای سنجش مبتنی بر تصویر مانند دوربینها ارائه کردند.
- CPS سیستمی مناسب جهت نظارت بر سازههای موقت
برای نشان دادن کاربرد CPS در جنبۀ دیگری از ساخت و ساز که اغلب نادیده گرفته میشود، تصمیم گرفته شد که نظارت بر سازههای موقت به کمک این سیستم نیز بررسی شود. اینها عموماً سازههایی هستند که در طول فرآیند ساخت و ساز برای مدت زمان کوتاهی مورد استفاده قرار میگیرند. نمونههایی از این موارد عبارتند از : مهاربندی موقت، ورقبندی موقت، سیستمهای قالب، داربستها، زیرسازیها و سازههای مورد استفادۀ موقت.
در طول سالیان متمادی، حوادث متعددی ناشی از مدیریت نادرست سازههای موقت اتفاق افتاده است. با این حال، توجه بسیار کمی به این موضوع شده است. در حال حاضر، در صنعت ساخت و ساز تنها تعداد محدودی از مقررات برای مدیریت ایمن سازههای موقت منتشر شده است و این در حالی است که این مقررات تنها چند نوع ساختار را پوشش داده و مدیریت بقیۀ موارد را بدون نظارت میگذارد.
- CPS راهی برای ایجاد ایمنی در جرثقیلهای متحرک
به دنبال استفاده از CPS جهت نظارت بر ساخت و ساز به روشهای جدید و نیز سازههای موقت، چگونگی به کارگیری این سیستم برای بهبود بخشیدن به فرآیندهای در حال اجرا در کارخانه و تجهیزات موجود در محل پروژهها، به امری مهم تبدیل گشته است. به عنوان مثال، جرثقیلها که به طور گستردهای برای انجام عملیات بالابر در سایتهای ساختمانی استفاده میشوند، یک مورد کاربردی مناسب برای آزمایش CPS در نظر گرفته شدند. در واقع، تعداد اتفاقات ناگوار ناشی از کار جرثقیلها به طور غیر قابل اجتنابی زیاد است.
در بین انواع جرثقیلها، جرثقیلهای متحرک کاربردهای کاملاً متمایزی دارند. در مقایسه با انواع دیگر جرثقیلها، این نوع از آنها در انجام عملیات بالابری، پویاتر و انعطافپذیرتر عمل میکنند. حوادث معمولی مربوط به یک جرثقیل متحرک شامل برق گرفتگی، سرنگونی جرثقیل و برخورد با قطعات یا بار جرثقیل میباشد. یکی از دلایل بروز این اتفاقات را میتوان عدم دید اپراتور از خود جرثقیل و محیط اطراف آن دانست. به همین خاطر، نظارت بر عملیات جرثقیل متحرک و ارائۀ اطلاعات صحیح و لازم به اپراتور از اهمیت بالایی برخوردار است. اینها اولین گامهای حیاتی به سمت شناسایی و کاهش خطرات احتمالی مرتبط با جرثقیل متحرک در سایتهای ساخت و ساز میباشد.
- بررسی
پروژههای ساخت و ساز موفق، به موقع، ایمن و مطابق با مدلهای برنامه ریزی و یا طراحی شده تحویل داده میشوند. برخورداری از یک مدل مجازی تعیین شده برای نظارت و کنترل عملکرد ساختمانها و اجزای کلیدی آنها، امری حیاتی است. برنامههای کاربردی مربوط به :
- ردیابی و کنترل مونتاژ و وضعیت اجزای ساختمان در طول فرآیند ساخت و ساز و مدیریت تأسیسات ساختمانها
- نظارت بر عملکرد سازههای موقت و رفع نواقص سازهای بالقوه
- و افزایش ایمنی عملیات جرثقیل متحرک در سایتهای ساختمانی
توسعۀ کاربرد سیستم CPS برای به کارگیری آن در صنعت ساخت و ساز را نشان داده و کاربرد این فناوری نوین را بسیار مفید قلمداد میکند.
کاربرد سیستمهای فیزیکی-سایبری (CPS) در تحول ساختوساز مدرن
این مقاله به دنبال توصیف توسعۀ سیستمهای فیزیکی – سایبری جهت به کارگیری در فرآیندهای ساختمانی میباشد. از طرفی دیگر، به بیان مزایای استفاده از CPS در زمینههای مختلف کاربردی اشاره کرده و توضیح میدهد که چگونه هر یک از آنها ممکن است به یک مشکل واقعی در فرآیند ساخت و ساز تبدیل شود. مزایایی که فناوری نوین CPS برای جهت استفاده در صنعت ساخت و ساز ارائه میدهد، شامل موارد زیر میباشد:
- تبادل بی درنگ اطلاعات بین طراحان اداری و پرسنل مستقر در سایت ساخت و ساز.
- کاهش خطرات ساخت و ساز با ردیابی و کنترل کارآمدتر فعالیتها و فرآیندها.
- ایجاد مدلهای به روز که میتوانند در مراحل بهره برداری، تعمیر و نگهداری و از رده خارج کردن تأسیسات، مورد استفاده قرار گیرند.
- پتانسیل کنترل فعال عناصر فیزیکی در مراحل بهره برداری و نگهداری از عمر تأسیسات.
- برنامههای فرضی بیشتری را میتوان بررسی و اقدامهای لازم را تدوین کرد.
- برخورداری از پتانسیل لازم برای ادغام اصول پایداری بیشتر در فرآیند ساخت و ساز.
- ایمنی ساخت و ساز را میتوان با پیش بینی و مقابلۀ فعالانه با خطرات احتمالی افزایش داد.
- بر اساس توانایی نظارت بر فرآیندهای این سیستم، در صورت وقوع هر اتفاقی توانایی دستکاری اجزای مدل مجازی وجود خواهد داشت.
با تداوم تکامل فناوریهای نوین و حوزههای جدید برای استقرار CPS در صنعت ساخت و ساز، شرکتهای ساختمانی بایستی سرمایهگذاریهای لازم را انجام داده و اطمینان حاصل کنند که در موقعیت مناسبی برای استفاده از مزایای فناوری CPS قرار دارند.
