Пять технологических трендов, которые изменят строительство и промышленность в течение 20 лет

Как будут развиваться производство и строительство в ближайшие 20 лет? Появится ли в этих отраслях «волшебная кнопка», нажав на которую можно будет получить готовое решение, будь то здание или уникальное изделие? Эти вопросы легли в основу прошедшего недавно Форума Будущего компании Autodesk. На мероприятии назвали главные технологические тренды, которые будут влиять на бизнес в России и в мире в последующие 5-20 лет. О них — в этой статье.

Тренд № 1 Производственные технологии в стройке

В строительстве активно развивается так называемая префабрикация. Она позволяет изготавливать на заводе как практически готовые помещения (модули), так и их элементы, а кроме того — типовые панели зданий, которые затем отправляются для сборки на строительную площадку (рис. 1).

Рис. 1

Ожидается, что в России префабрикация станет стандартом приблизительно в ближайшие пять лет. В частности, сегодня ее развивает компания КНАУФ, построившая в подмосковном Красногорске завод для производства элементов и модулей. Запуск ожидается в III квартале текущего года. Поскольку сборка здания из заводских модулей на строительной площадке выполняется всего за несколько часов, уже в этом году появятся первые жилые дома, построенные по такому принципу. Проекты модулей разработаны с применением технологии информационного моделирования (BIM), повсеместное внедрение которой в России поддержано Минстроем. Для каждого модуля в ПО Autodesk Revit создано BIM­семейство — трехмерные модели объектов, из которых состоит BIM­модель проекта. Модели включают необходимые архитектурные, конструктивные и инженерные решения с выбором оборудования и варианта внутренней и наружной отделки. Всего разработано более 90 видов модулей, которые можно комбинировать для создания индивидуальных проектов. В компании уверены — модульное строительство позволит снизить расходы на проектирование, материалы и логистику более чем на 30%. Кроме того, по предварительным расчетам, квадратный метр модульного жилья со всеми коммуникациями и отделкой будет стоить до 40 тыс. руб., что значительно дешевле, чем при строительстве с применением традиционных методов.

Еще один вариант применения производственных технологий в строительстве — создание нестандартных металлоконструкций, например, при возведении несущих колонн небоскребов, которые являются уникальными конструкциями и принимают на себя огромную нагрузку. Такие проекты, в частности, выполняет китайская компания CCEED (China Construction Eighth Engineering Division). Колонны на заводе изготавливаются по 3D­модели на станках с ЧПУ. Эти массивные металлические конструкции состоят из отдельных деталей. После изготовления на каждую деталь наносится QR­код, чтобы собрать информацию обо всех частях в BIM­модель и отслеживать их путь от завода до места установки. Чтобы убедиться в том, что все конструкции правильно соединятся между собой, на заводе их сканируют лазерным сканером и превращают в актуальные 3D­модели с помощью Recap. Затем их анализируют на отклонения от исходной спецификации и соответствующим образом обновляют BIM­модель (рис. 2).

Рис. 2

Тренд № 2 Большие данные

Стройка становится интеллектуальной. На это влияет ряд факторов: активное внедрение BIM на этапе строительства (а не только проектирования, как раньше), использование датчиков и беспилотных летательных аппаратов для сбора информации об объекте, появление инструментов на базе искусственного интеллекта для анализа больших данных в строительных проектах. Например, облачный сервис BIM 360 Project IQ, использующий машинное обучение, представляет собой базу знаний, в которой собрано около 20 млн проблем, возникавших ранее в строительных проектах. Используя эту информацию, Project IQ позволяет анализировать строительные данные, выявлять тенденции, шаблоны и типовые решения. Компания, начиная новый проект, может обратиться к базе и посмотреть, какие проблемы встречались в аналогичных случаях. Таким образом, она может заранее оптимизировать свою работу.

Другой пример — Smartvid.io,
стартап, который использует искусственный интеллект и машинное обучение для анализа фото­ и видеоинформации на стройплощадке. Технология, интегрированная с облачным сервисом Autodesk BIM 360 для стройки, может применяться для повышения безопасности, контроля качества строительства и повышения эффективности процессов. Доступ к платформе и данным можно осуществить с любого устройства — дронов, камер GoPro, мобильных телефонов и планшетов (рис. 3).

Рис. 3

В промышленности рост объема данных и развитие интернета вещей привели к появлению умных фабрик — новому виду предприятия, подразумевающему максимальную цифровизацию процессов проектирования и производства и минимизацию человеческих ресурсов. Работа такой фабрики может, в том числе, сократить расходы на производство и логистику на 10­20%, снизить время простоя оборудования на 30­50%, а также увеличить производительность на 3­5%. Неотъемлемой частью умной фабрики является ее цифровой двойник (digital twin) — виртуальная копия, полностью повторяющая происходящее на «реальном» предприятии. Такой двойник позволяет отследить все данные и процессы, а при необходимости — контролировать и оптимизировать их.

Недавно Autodesk открыл такую умную фабрику в Бирмингеме (Великобритания). Она оснащена не только новейшим оборудованием, но и технологиями Autodesk для организации умного производства (рис. 4). Все данные предприятия собираются в систему Autodesk Fusion Production, которая использует общую облачную среду с единым инструментом для сбора, объединения и демонстрации данных с различных частей производства и ЧПУ­станков с помощью промышленного интернета вещей. Это общее пространство данных помогает команде определять неэффективные процессы и предлагает решения по улучшению производительности. Благодаря аналитике, построенной на данных с производства и IoT, менеджеры на предприятии могут использовать данные и в режиме реального времени отображать их для каждого участника цепочки поставок. Проектировщики смогут видеть последующие технологические процессы и усовершенствовать дизайн в соответствии с возможностями производства. Подключение к данн

ым в режиме реального времени также позволяет членам команды находить и исправлять ошибки, если они случаются, получать больше информации о производительности, помогающей улучшить показатели качества и сократить время простоя оборудования.

Рис. 4

Тренд № 3 Кастомизация

Еще одна тенденция — персонализация изделий. Для производства изделий с кастомизированным дизайном используют, в том числе, 3D­печать. С ее помощью можно создать формы, недоступные для производства традиционными методами.

К кастомизации постепенно приходят и популярные бренды, например производители спортивной обуви. В частности, компания Under Armour использовала 3D­печать и персонализацию изделий для ограниченной серии кроссовок UA Architech (рис. 5). Главной особенностью стала подошва, решетчатая структура которой могла быть произведена только с помощью аддитивного производства. Подошва фиксирует положение ноги и адаптируется под движение, позволяя тем самым избежать травм. Для ее проектирования был использован генеративный дизайн от Autodesk, который позволил с помощью ключевых параметров — максимального веса владельца кроссовок, размера его ноги, предпочтительной формы подошвы, а также количества и интенсивности нагрузок — создать оптимальный вариант.

Рис. 5

Тренд № 4 Компьютер­проектировщик

Генеративный дизайн является революционной технологией, использующей алгоритмы искусственного интеллекта для разработки изделия. За рекордно короткие сроки он может создать сотни тысяч вариантов конструкций и планировок, опираясь на критерии и ограничения (например, вес, способ производства, материалы), заданные инженером, при этом нередко предлагая варианты, которые человек не может даже вообразить. Последнему остается только выбрать нужный вариант (рис. 6).

Рис. 6

Совсем недавно о планах внедрения этой технологии заявила компания General Motors — она будет использовать сочетание генеративного дизайна и 3D­печати для создания деталей автомобилей. В качестве эксперимента специалисты компании создали крепление сиденья. Оно получилось на 40% легче и на 20% прочнее.

Тренд № 5 Роботы­партнеры

По прогнозам Autodesk, в ближайшие 5­15 лет будет решен вопрос взаимодействия роботов и людей так, чтобы оно проходило безопасно и продуктивно.

Робот Эш, созданный Autodesk, «живет» в Сан­Франциско (рис. 7). Его отличие от собратьев в том, что он не заперт в ограниченном пространстве, а взаимодействует напрямую с людьми. Это происходит через систему виртуальной реальности, для чего сотрудники Autodesk используют VR­очки, которые позволяют им погрузиться в его среду. Кроме того, Эш оснащен компьютерным зрением, благодаря чему он может видеть окружающих, узнавать о процессах, происходящих вокруг, и учиться выполнять то, что от него ждут.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Еще один пример — робот Бишоп (рис. 8), которого нужно было обучить перекладывать некоторые детали. В определенный момент стало понятно, что его обучение можно проводить не в реальном, а в виртуальном мире — это будет гораздо эффективнее. В виртуальном пространстве разместили трехмерные модели кирпичиков Лего (рис. 9). В этом пространстве Бишоп за короткий срок выполнял множество имитаций хватательных движений и сборки. Благодаря машинному обучению буквально за несколько часов Бишоп мог проанализировать любую хаотичную ситуацию и предложить подходящий дизайн. Самое потрясающее в том, что, поскольку в проекте использовались облачные технологии, множество других роботов, по сути, тут же становились обладателями этих знаний.