Projekt okładki i stron tytułowych: Ireneusz Gawliński

Ilustracje na okładce: Shutterstock/Profit_Image

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Joanna Forysiak

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN: Michał Latusek

Recenzeci: dr inż. Jacek Nitka, Politechnika Warszawska
Aleksander Szerner, Prezes Zarządu Stowarzyszenia BIM

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl.

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2021r. (Wydanie I)

Warszawa 2021

ISBN: 978-83-01-21994-9

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288; infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Autorzy składają serdeczne podziękowania następującym firmom:

• CGM srl.

• Datacomp sp. z o.o.

• Ebawe Anlagentechnik GmbH/Progress Group

• Pekabex

• ProperGate sp. z o.o.

• Precast Software Engineering GmbH

• TMSys sp. z o.o.

• Weckenmann Anlagentechnik GmbH & Co. KG

• WPBM Mój Dom S.A./MD Prefabrykacja

za wkład w opracowanie niniejszego podręcznika.

Adobe® i Acrobat PDF Library™ są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Adobe Systems Incorporated.

Allplan® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Allplan GmbH.

AutoCAD®, DXF™ i 3D Studio MAX® są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Autodesk Inc.

BIM Vision® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Datacomp sp. z o.o.

Planbar® oraz Tim® są zarejestrowanymi znakami towarowymi firmy Precast Software Engineering.

Solibri® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Solibri Inc.

S-Liner® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Echo Precast Engineering.

SmartJet® jest zarejestrowanym znakiem towarowym firmy Echo Precast Engineering.

Bezpłatny fragment

Wstęp

1. Procesy produkcyjne w wytwórniach prefabrykatów

1.1. Definicja procesu produkcyjnego

1.2. Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego

1.3. Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego

1.4. Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów

1.5. Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów

2. Rodzaje linii produkcyjnych

2.1. Linie potokowe

2.1.1. Charakterystyka linii

2.1.2. Cyklogramy dla linii potokowych

2.1.3. Powiązania podsystemów produkcyjnych

2.1.4. Przykłady potokowych linii produkcyjnych

2.2. Linie stacjonarne

2.2.1. Charakterystyka linii

2.2.2. Harmonogramy dla linii stacjonarnych

2.2.3. Powiązania podsystemów produkcyjnych

2.2.4. Przykład stacjonarnej linii produkcyjnej

2.3. Linie mieszane

2.3.1. Charakterystyka linii

2.3.2. Cyklogramy dla linii mieszanych

2.3.3. Przykład mieszanej linii produkcyjnej

2.4. Agregaty produkcyjne

2.4.1. Formowanie agregatowe

2.4.2. Formowanie elementów walcowych za pomocą agregatów wibracyjnych

2.4.3. Agregaty prasujące do produkcji elementów walcowych

2.4.4. Agregaty prasujące elementy płytowe i liniowe

2.4.5. Agregaty wibrotłoczące

2.4.6. Agregaty ślizgowe

2.5. Formowanie wybranych prefabrykatów

2.5.1. Klasyfikacja form i ich przykłady

2.5.2. Wybrane właściwości i zasady konstruowania form

2.5.3. Obciążenia eksploatacyjne działające na formy

2.5.4. Podkłady

2.5.5. Ogólne zasady projektowania form i podkładów

2.6. Schematy technologiczno-organizacyjne przykładowych procesów realizowanych na liniach produkcyjnych

3. Niezawodność linii produkcyjnych

3.1. Pojęcie ciągłości i intensywności w procesie produkcyjnym

3.2. Pojęcie niezawodności, wskaźnika zdatności funkcyjnej

3.3. Struktury niezawodnościowe

3.3. Histogramy powstawania uszkodzeń i analiza niezawodności na przykładzie linii do produkcji sprężonych żerdzi wirowanych

4. Wprowadzenie do technologii BIM

4.1. Zintegrowany Proces Inwestycyjny (IPD)

4.2. Praktyczne aspekty pracy w środowisku BIM

4.2.1. Poziomy Zaawansowania Projektu (LOD)

4.2.2. Klasyfikacja BIM

4.2.3. Poziomy rozwoju BIM

4.2.4. Otwarte interfejsy IFC oraz BCF

4.2.5. Centralny model projektu

4.2.6. Wspólne środowisko danych (CDE)

4.3. Wdrożenie technologii BIM

5. Rola BIM w prefabrykacji

5.1. Zalety stosowania BIM w prefabrykacji

5.2. Koncepcje lean management i lean production

5.3. Koncepcja lean construction

5.4. Ofertowanie i marketing

5.5. Projektowanie i koordynacja

5.5.1. Bazowa funkcjonalność oprogramowania

5.5.2. Funkcjonalność oprogramowania przeznaczona do seryjnych i unikatowych elementów

5.6. Automatyzacja produkcji i dostaw

5.7. BIM na budowie oraz w procesach logistycznych

5.7.1. Problemy związane z logistyką w ramach przedsięwzięć budowlanych

5.7.2. Usprawnienie procesów logistycznych

5.7.3. Usprawnienie komunikacji między uczestnikami procesu budowlanego

5.7.4. Usprawnienie planowania

5.7.5. Standaryzacja nazewnictwa

5.7.6. Konkretne korzyści z wprowadzonych usprawnień

5.8. BIM w kosztorysowaniu

5.8.1. Metody kalkulacji kosztów robót budowlanych

5.8.2. Metody wskaźnikowe

5.8.3. Metoda uproszczona

5.8.4. Metoda szczegółowa

5.8.5. Całkowity koszt posiadania (TCO)

5.8.6. Czynniki wpływające na koszt konstrukcji prefabrykowanej

5.8.7. Składniki kosztu konstrukcji prefabrykowanej

5.8.8. Obszary optymalizacji kosztowej

5.8.9. Wskaźniki techniczno-ekonomiczne

5.8.10. Analiza ekonomiczna (LCC)

5.8.11. Przykłady wykorzystania specjalistycznego oprogramowania

Bibliografia

Wstęp

Przedsiębiorstwa, które w XXI wieku chcą uzyskać przewagę konkurencyjną, muszą sprawić, by podejmowane przez nie działania były możliwie interdyscyplinarne. Korzystanie z kilku źródeł pomysłów, innowacji oraz sprawdzonych rozwiązań umożliwia skuteczne podnoszenie wewnętrznej efektywności i sprawności funkcjonowania konkretnych podmiotów. Problemem, który często pojawia się podczas łączenia różnych zagadnień w celu uzyskania efektu synergii, jest brak opisanego stanu wiedzy. Nie inaczej jest w przypadku nowoczesnych rozwiązań technologicznych stosowanych w prefabrykacji. Niniejsza książka łączy wiedzę, doświadczenie i dobre praktyki z trzech obszarów tematycznych: prefabrykacji, automatyzacji i BIM (ang. Building Information Modeling) (rys. 1.1).

Dopiero połączenie wyżej wymienionych zagadnień daje możliwość wprowadzenia procesu prefabrykacji w czwartą rewolucję przemysłową. Dzięki temu zalety prefabrykacji opisane w [1]:

• szybkość wznoszenia obiektów z prefabrykatów (przewaga montażu nad robotami „mokrymi” na budowie),

• możliwość optymalizacji jakości i zapotrzebowania materiałowego, jak również energochłonności wytwarzania w warunkach powtarzalnej, certyfikowanej produkcji fabrycznej wobec znacznie bardziej podatnych na wpływ czynników losowych technologii monolitycznych,

• zdecydowany wzrost poziomu uniezależnienia prowadzenia robót od warunków pogodowych,

• wyeliminowanie najsłabszych stron tzw. starej prefabrykacji,

• nowoczesne, trwałe złącza, elastyczne systemy uwzględniające wysokie wymagania estetyczne,

• kształtowanie indywidualne bryły budynku o zróżnicowanym charakterze oraz programie funkcjonalnym

ulegają rozszerzeniu o następujące korzyści płynące z równoczesnego zastosowania BIM oraz automatyzacji produkcji:

Rys. W.1. Zlokalizowanie obszaru „BIM w prefabrykacji” wobec pozostałych obszarów wiedzy: automatyzacji, prefabrykacji, digitalizacji oraz BIM

• usprawnienie procesów optymalizacyjnych na etapie planowania lub projektowania przez zautomatyzowane analizowanie różnych wariantów technologicznych czy organizacyjnych,

• ograniczenie do absolutnego minimum strat materiałowych na etapie zarówno produkcji, jak i montażu elementów,

• zdecydowana poprawa jakości zarządzania przedsięwzięciem inwestycyjno-budowlanym (BIM kompleksowo wspiera takie zagadnienia jak chociażby harmonogramowanie czy kosztorysowanie, które często decydują o sukcesie lub porażce danego przedsięwzięcia),

• ograniczenie zaangażowania pracowników fizycznych w procesie kształtowania elementów w zakładzie prefabrykacyjnym, a tym samym uczynienie linii produkcyjnej bardziej niewrażliwą na braki kadrowe, wynikające chociażby z sytuacji losowych,

• przyspieszenie, przez automatyzację, procesów produkcyjnych na terenie fabryki, jak również usprawnienie procesów logistycznych, także w drodze między miejscem wytworzenia elementu a miejscem jego docelowego wbudowania,

• cyfrowe odwzorowanie elementów i kontrola wykonania,

• stała kontrola stanu technicznego maszyn.

Narzędzia informatyczne wspierają zarówno tradycyjne, jak i nowoczesne metody prefabrykacji w zakresie planowania, logistyki i produkcji. Usprawniają także projektowanie elementów prefabrykowanych, zarówno typowych, jak i skomplikowanych geometrycznie, unikatowych. Technologia BIM pozwala na wyeliminowanie uciążliwej i z reguły niedoskonałej wymiany dokumentacji projektowej o różnym stopniu aktualności, co często prowadzi do poprawek i konieczności wielokrotnego koordynowania projektu między branżami.

1

Procesy produkcyjne w wytwórniach prefabrykatów

1.1. Definicja procesu produkcyjnego

Proces produkcyjny jest kompleksowym zespołem działań bezpośrednio i pośrednio produkcyjnych, składających się na przetwarzanie przedmiotów produkcji o cechach wejściowych (surowiec, półfabrykat) w przedmioty o cechach wyjścia (półfabrykat lub gotowy wyrób) [2], [3]. Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty. Przedmioty wyjściowe stanowią gotowe wyroby [3].

1.2. Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego

Struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego dzieli się na:

• poziomą,

• pionową.

Kryteria klasyfikacji poziomej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego obejmują [3]:

• zespoły działań: przygotowanie kruszyw, produkcję mieszanki betonowej, produkcję zbrojeń, formowanie prefabrykatu, wykańczanie i pielęgnację,

• grupy funkcyjne: zbrojenie elementu, układanie mieszanki betonowej, zagęszczenie mieszanki betonowej, fakturowanie i dojrzewanie prefabrykatu,

• rodzaje działań: wibrowanie, prasowanie, wirowanie, odpowietrzanie, utrząsanie,

• warianty działań: wibrowanie objętościowe, wibrowanie wgłębne, wibrowanie powierzchniowe, wibrowanie denne.

Na rys. 1.1 widoczne są kolejno od góry zespoły działań (np. formowanie prefabrykatu), grupy funkcyjne, rodzaje i warianty działań (np. wibrowanie denne).

Rys. 1.1. Pozioma struktura funkcjonalna procesu produkcyjnego [3]

Pionowa struktura funkcjonalna procesów produkcyjnych obejmuje czynniki materialne, działania i procesy techniczne oraz zasady wiodące i porządkujące proces [3]. Na rys. 1.2 pokazano schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4].

Funkcjonowanie procesu produkcyjnego opiera się nie tylko na doborze czynników materialnych i działań technicznych, lecz także na prawidłowym ich uporządkowaniu i powiązaniu zgodnie z trzema zasadami opartymi na: technologii, organizacji i optymalizacji ekonomicznej [5], [6].

Zasada technologiczna, będąca trzonem wymienionych, warunkuje możliwości zastosowania określonych zasad organizacyjnych oraz wpływa decydująco na jakość i efektywność procesu produkcyjnego [3]. Zasada ta obejmuje [3]:

• charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wejściowych przedmiotu produkcji,

• charakterystykę jakościową i ilościową wielkości wyjściowych przedmiotu produkcji,

• kolejność wykonywania koniecznych działań technicznych przetwarzania uzupełnioną o szczegółową charakterystykę tych działań, w skład której wchodzą parametry oddziaływania środków technicznych, czynników fizycznych wraz z czasem oddziaływania.

Rys. 1.2. Schemat ogólny pionowej struktury funkcjonalnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Zasada organizacyjna odnosi się do porządkowania czynników materialnych oraz działań, jak również procesów technicznych w sensie przestrzennym i czasowym oraz w zakresie ilości, a także kolejności [5]. Właściwie funkcjonująca organizacja procesu produkcyjnego powinna zapewniać wysoki poziom zdolności produkcyjnej oraz niezawodności procesu przy maksymalnym wykorzystaniu środków technicznych i stałym poziomie nakładów finansowych.

Zasada optymalizacji ekonomicznej dotyczy wyboru odpowiedniego wariantu procesu produkcyjnego pod względem opłacalności ekonomicznej na podstawie kryteriów porównywalności wariantów [4].

1.3. Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego

Struktura organizacyjna procesu produkcyjnego, analogiczne do struktury funkcjonalnej, dzieli się na:

• poziomą,

• pionową.

W strukturze poziomej wyróżnia się: procesy scalone, procesy częściowe i procesy elementarne [3].

Struktura pionowa, zgodnie z rys. 1.3, dzieli proces produkcyjny na: proces produkcji ubocznej, proces produkcji głównej i proces produkcji usługowej.

Rys. 1.3. Schemat pionowej struktury organizacyjnej procesu produkcyjnego prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Proces produkcji ubocznej w wytwórni jest doraźny, podejmowany w celu lepszego wykorzystania odpadów lub nadwyżek produkcyjnych [5], [7], [8]. Proces produkcji głównej to ten, dla którego została zorganizowana dana jednostka w strukturze organizacyjnej prefabrykatów budowlanych [3]. W wyniku procesu produkcji usługowej otrzymywane wyroby nie są przedmiotami zbytu, a jedynie stanowią niezbędne komponenty do poprawnego przebiegu procesów produkcji głównej i ubocznej. Wśród wyrobów produkcji usługowej wyróżnia się m.in. sprężone powietrze, parę, wodę, energię [3].

1.4. Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów

Wytwórnia prefabrykatów betonowych jest systemem produkcyjnym, który stanowi jeden z licznych podsystemów makrosystemu, jakim jest budownictwo [2]. Budownictwo jest natomiast integralnym składnikiem ogólnonarodowego systemu gospodarczego.

Struktura funkcjonalna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje 6 grup podsystemów o odmiennym charakterze pełnionych funkcji, kolejno [5]:

• proces zarządzania,

• proces produkcyjny,

• proces obsługi,

• technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji,

• sterowanie produkcją,

• gospodarkę zasobami.

Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmujący zależności między kolejnymi podsystemami pokazano na rys. 1.4 [4], [5].

Rys. 1.4. Schemat ogólny struktury funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów [4], [5]

Wiodącą rolę w strukturze funkcjonalnej wytwórni prefabrykatów budowlanych odgrywa podsystem procesu produkcyjnego. Przedmiotami wejściowymi są w tym przypadku surowce i półfabrykaty, natomiast przedmiotami wyjściowymi gotowe wyroby. Proces zarządzania służy do bieżącej analizy informacji, podejmowania decyzji, wydawania dyspozycji oraz nadzoru nad ich wykonaniem [3].

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego technologiczno-organizacyjne przygotowanie produkcji wyróżnia się m.in. [3], [4]:

• badania materiałowe,

• ustalanie receptur,

• opracowywania kart technologicznych przebiegu operacji,

• nadzór technologiczny i szkolenie załogi produkcyjnej,

• badania norm zużycia czynników produkcji,

• opracowanie ruchowej dokumentacji przebiegu procesu produkcyjnego,

• przeciwdziałanie zakłóceniom,

• przygotowanie narzędzi, aparatury, form, instalacji itp.

Wśród funkcji szczegółowych i zadań podsystemu obejmującego sterowania produkcją wyróżnia się [3], [4]:

• długoplanowe planowanie i korygowanie programu produkcyjnego,

• korygowanie procesu produkcyjnego w zakresie asortymentu wytwarzanych wyrobów poprzez analizę zapasów,

• kontrolę i rejestrację bieżącej produkcji, ewentualne zmiany w planie operatywnym,

• nadzór nad jakością na wszystkich etapach przetwarzania przedmiotu produkcji.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów obsługi produkcji są następujące [3], [4]:

• zapewnienie przepływu i gromadzenia informacji o zmianach i stanach podsystemów procesu produkcyjnego,

• udoskonalanie procesu produkcyjnego w wytwórni,

• opracowywanie nowych lub zmodernizowanych rozwiązań materiałowych, produkcyjnych,

• sprawozdawczość,

• księgowość,

• rozliczenia,

• bilansowanie środków,

• kalkulacja kosztów i rachunkowość,

• zabezpieczanie potrzeb pracowniczych w zakresie odzieży i obuwia roboczego oraz spraw socjalnych,

• zabezpieczanie wytwórni na wypadek kradzieży i pożaru,

• prowadzenie magazynu ogólnego,

• obsługa prawna.

Funkcje szczegółowe i zadania dotyczące podsystemu procesów gospodarki zasobami obejmują m.in. [3], [4]:

• gospodarkę kadrową, w tym nabór kadr pracowniczych, obsadę poszczególnych stanowisk i sterowanie ruchem kadr,

• gospodarkę materiałową, polegającą na planowaniu, zamawianiu, transporcie magazynowaniu i rozliczanie materiałów,

• utrzymywanie w stałej i pełnej gotowości oraz sprawności technicznej maszyn, urządzeń, instalacji, narzędzi i budynków,

• zaopatrywanie systemu produkcyjnego w energię elektryczną, parę technologiczną, sprężone powietrze i wodę,

• zabezpieczanie wytwórni w zakresie usług transportu ogólnego oraz utrzymywanie środków transportowych,

• zapewnienie właściwego składowania, utylizacji odpadów,

• uzyskiwanie odpowiednich pozwoleń oraz wykonywanie koniecznych sprawozdań,

• akwizycję, ekspedycję i rozliczanie gotowych wyrobów.

1.5. Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów

Struktura organizacyjna wytwórni prefabrykatów budowlanych obejmuje cztery poziomy podsystemów.

Rys. 1.5. Schemat ogólny struktury organizacyjnej wytwórni prefabrykatów budowlanych [3], [4]

Najwyższy poziom złożoności reprezentuje wytwórnia prefabrykatów budowlanych, natomiast najniższy gniazda produkcyjne [24]. Szczegółowy schemat struktury wytwórni pokazano na rys. 1.5 [3], [4].