Рынок АГБ панелей в США
Строительный рынок — один из крупнейших секторов экономики США, где ежегодно реализуется проектов на сумму около 1,4 трлн долларов США и обеспечивается занятость более 7 млн человек. Национальная ассоциация строителей домов в 2019 году назвала нехватку рабочей силы одной из основных проблем, с которыми сталкивается строительный рынок США, и это подтверждают многочисленные источники и эксперты. По данным Associated Builders and Contractors, в 2022 году строительная отрасль столкнется с нехваткой рабочей силы в размере 650 000 человек. Модульное строительство из сборных конструкций, которое во всем мире завоевывает все большую долю рынка по сравнению с традиционными способами строительства, рассматривается как основной фактор, способствующий решению проблемы нехватки рабочей силы. Помимо преимущества более быстрого строительства с меньшими трудозатратами, модульное строительство также вносит положительный вклад в решение других проблем на рынке. Это решение с меньшим количеством отходов, повышающее безопасность рабочих на стройплощадке, более экономичное, менее подверженное сбоям в цепочке поставок и более простое в осуществлении контроля качества. Добавление автоклавного газобетона (АГБ) в уравнение объединяет все эти преимущества с еще одним решением основной проблемы, с которой борется строительный рынок — экологичностью (Pис. 1).
Рис. 1: Строительство из АГБ панелей обеспечивает комплексное решение для решения современных задач крупного строительства
АГБ уже давно набирает популярность в Соединенных Штатах благодаря своим экологичным и устойчивым характеристикам, что становится все более важным в современном мире строительства. На рынке США тонкие легкие АГБ панели обладают огромным потенциалом. Они обеспечивают дополнительное решение для существующей строительной системы (т.е. стальной или деревянной конструкции) с легкой, сборной бетонной оболочкой, способствуя более высоким показателям изоляции и улучшенной пожаробезопасности в то же время. Стальные/деревянные конструкции в сочетании с АГБ панелями очень популярны в Австралии и Японии, где они уже завоевали огромную долю на местных рынках стеновых решений.
В Соединенных Штатах эта система становится чрезвычайно популярной, и уже реализовано множество проектов. Армированные АГБ панели до сегодняшнего дня поставлялись преимущественно из Мексики, где 2 завода с технологией плоской резки поставляли их в США, но из-за стоимости транспортировки большинство проектов было реализовано на юге США или около него, в основном в Техасе. Относительно высокая часть транспортных расходов из-за большого расстояния просто не позволила продукту расти в соответствии с его большим потенциалом. Тем не менее, проекты были реализованы вплоть до Колорадо и Чикаго, что подчеркивает возможности, которые открывает этот продукт в Соединенных Штатах.
С начала 2022 года Aercon является единственной компанией в США, производящей тонкие типы АГБ панелей. Завод Aercon расположен в Хейнс-Сити, штат Флорида, и недавно был модернизирован в рамках крупного проекта по замене технологии наклонного массива на новейшую технологию по резке массива в горизонтальном положении Aircrete и расширению производственных мощностей. Причина такой масштабной модернизации заключалась в том, что при старой технологии наклонного массива компания Aercon производила преимущественно автоклавные газоблоки и не могла производить более тонкие панели (толщиной 100 мм или тоньше) надежным и экологичным способом, в то время как спрос на рынке все больше возрастал именно в этом направлении. Чтобы ответить на эту тенденцию рынка и обеспечить будущее своего производства, компания Aercon привлекла компанию Aircrete Europe в качестве технологического партнера для модернизации своего завода (Рис. 2).
Рис. 2: Основные тенденции в США, определяющие потребность в технологии резки массива в горизонтальном положении Aircrete
Джозеф Р. Грейвс, генеральный директор компании Aercon Florida, LLC, прокомментировал: «Это достаточно досадно — видеть огромный потенциал рынка газобетонных панелей здесь, в Северной Америке, в течении многих лет, и не иметь метода для их эффективного и рационального производства. Учитывая рост спроса на газобетонные панели и изменение динамики в пользу более экономичных и экологичных строительных материалов в США, мы, компания Aercon Florida, посчитали своим долгом перед клиентами и окружающей средой внести необходимые изменения, чтобы удовлетворить этот спрос. До реконструкции завода мы не могли удовлетворить спрос рынка с нашей устаревшей технологией резки наклонного массива и производить панели для рынка, который преимущественно требует панели толщиной 50-100 мм для перегородок и облицовки. Теперь, с установкой новейшей технологии плоского массива Aircrete и системы управления заводом Aircrete 4.0, мы надеемся воспользоваться огромными возможностями роста и удовлетворить спрос рынка. С внедрением новой технологии Aircrete на нашем предприятии мы теперь сможем производить панели тех размеров, которые требует рынок, используя более рациональный подход к производству. Мы также сможем производить газосиликатные изделия с исключительно гладкой поверхностью, что позволит нам продавать продукцию высшего качества, которая позволит строителям сэкономить затраты на месте благодаря минимальным требованиям к отделке«.
Состовляющие проекта
Основной целью проекта модернизации была замена старой линии резки наклонного массива на новейшую технологию резки массива в горизонтальном положении Aircrete (Рис. 3). Как интегрированный технологический партнер с большим опытом комплексной модернизации, компания Aircrete тщательно проанализировала всю планировку завода, чтобы провести наиболее точную оценку того, как можно оптимизировать производственный процесс и какое оборудование необходимо заменить. Как и во всех проектах модернизации, Aircrete всегда старается оптимизировать бюджет для клиента, творчески анализируя, какая часть старого оборудования может быть использована повторно и/или отремонтирована и при этом вписаться в новую планировку.
Рис. 3: Линия резки бетона — вертикальные и горизонтальные разрезы в действии
Помимо совершенно новой линии резки плоского массива, была модернизирована логистика форм в соответствии с новой планировкой завода. Это включает в себя полный комплект новых форм для литья, автоматическую фиксацию и разблокировку форм, открытие и закрытие форм, а также новую систему чистки и смазки форм. Большим преимуществом формы Aircrete, по сравнению с закрытыми наклонными формами, является то, что все четыре стороны могут открываться, что делает всю форму плоской и позволяет очень эффективно чистить и смазывать ее, а также чрезвычайно компактной по сравнению с оригинальной машиной.
Три существующих манипулятора были модифицированы в Aercon для работы с рамами для полимеризации и автоклавирования массивов. Так, старый наклонный манипулятор был преобразован в манипулятор для обработки рам, а старый платформенный манипулятор был преобразован в манипулятор для буферизации рам. Самым большим преобразованием стал старый манипулятор автоклава, который был модифицирован новым захватом для обработки плоских автоклавируемых массивов по сравнению с наклонными (Рис. 4). Большим преимуществом плоского/горизонтального автоклавирования в сочетании с плоской резкой массивов, по сравнению с ранее установленной системой наклонной резки, является отсутствие донных отходов, а также отсутствие пригорания в процессе автоклавирования.
Рис. 4: Новый манипулятор для полимеризационной рамы и манипулятор для автоматической укладки штифтов
Предвидя увеличение спроса на продукцию, а также возможность в будущем производить тонкие АГБ панели, одновременно была увеличена мощность завода за счет ввода в эксплуатацию четвертого автоклава, включая дополнительную буферную линию. Благодаря технологии плоского массива Aircrete, существующий белый сепаратор больше не требовался и был заменен специальным наклонным столом с u-профильным крепежным устройством, что позволило повторно использовать существующую систему упаковки (Рис. 5).
Рис. 5: Новый наклонный стол для упаковочных целей и автоматический штифтоукладчик с правой стороны
Для повышения уровня безопасности операторов и обеспечения эффективного и безопасного перемещения полимеризационных рам по всему заводу были установлены новый штыревой укладчик и механизм доставания штырей. Разумеется, был также поставлен полный комплект новых полимеризационных рам с соответствующими конвейерами и системой чистки и смазки.
Кроме того, на участке доочистки был установлен программируемый фрезерный станок с ЧПУ, позволяющий изготавливать облицовочные АГБ панели с любым типом рисунка. Это решение очень популярно для облицовочных работ, поскольку оно придает АГБ панелям эстетичный и премиумный внешний вид.
Более того, что касается управления заводом, устаревшая система управления Siemens S5 была заменена на современную систему управления Siemens S7-1500 с новой продвинутой визуализацией SCADA для существенного улучшения человеко-машинного интерфейса и удобства управления. Благодаря новому программному обеспечению Aircrete для дозирования и порционирования, включая расширенное управление рецептами, и новому программному обеспечению для управления автоклавами, процесс и контроль качества на заводе были значительно улучшены (Рис. 6).
Рис. 6: Пример экрана визуализации процесса смесительной установки
Как и для всех проектов модернизации, очень важно свести время простоя завода к минимуму, чтобы сократить производственные потери клиента. Для этого Aircrete использует специальные инструменты на этапе подготовки. Для проекта модернизации Aercon компания Aircrete перевела существующий завод в свое инженерное программное обеспечение, используя 3D-сканер завода, который генерирует точечную модель высокой плотности в сочетании с разработанным оборудованием Aircrete. Интеграция BIM в этот проект позволила выявить возможные коллизии на ранней стадии проекта и создать визуальную последовательность монтажа и планирование, что помогло в обсуждении логистики монтажа и процесса монтажа в целом. Этот подход доказал свою эффективность и в других проектах модернизации Aircrete (Рис. 7).
Рис. 7: Использование технологии point-cloud позволило плавно спроецировать новое оборудование на существующий объект (слева — реализовано, справа — на этапе проектирования)
Рик Зеггер, руководитель проекта в Aircrete Europe, прокомментировал: «Частью успеха этого проекта была не только концентрация на решении Aircrete, но и нахождение оптимального баланса между установкой нового оборудования и повторным использованием/реконструкцией старого оборудования. Кроме того, важную роль сыграла полная готовность сотрудников Aercon сотрудничать со всеми заинтересованными сторонами и понять, как работать с новым оборудованием и новой планировкой производства». Задолго до демонтажа старого оборудования, установки и ввода в эксплуатацию нового оборудования компания Aircrete постоянно находилась на территории компании Aercon для улучшения текущей деятельности, выявления узких мест в немодернизированном оборудовании, которые могли бы повлиять на надежность и обеспечить соблюдение нового, более короткого производственного цикла. Это также позволило разработать четкий план по улучшению немодернизированного оборудования во время модификации завода. Когда началась модификация, запасные части были на месте, а рабочая сила и задачи были правильно распределены. Во время монтажа персонал Aercon был активно вовлечен в процесс, чтобы уже ознакомиться с новым оборудованием. Во время ввода в эксплуатацию началось обучение персонала, а программное обеспечение было настроено таким образом, чтобы полностью соответствовать требованиям заказчика. Благодаря такой тщательной подготовке и отличному сотрудничеству компания Aercon начала работу со дня возобновления работы завода«.
Технология резки плоского массива из газобетона
Решение Aircrete основано на технологии плоской резки. Будучи единственным игроком на рынке, имеющим собственные заводы по производству АГБ, Aircrete опережает конкурентов в плане технологических достижений в области производства АГБ панелей. По сравнению с технологией наклонной резки, технология плоского массива имеет ряд явных преимуществ, особенно заметных, когда речь идет о крупносерийном и экологичном производстве АГБ панелей толщиной 100 мм и менее. В системе плоского массива Aircrete, его обработка сведена к минимуму, что очень важно, так как продукт чувствителен на так называемой «зеленой» стадии и непосредственно после автоклавирования. Чем меньше требуется манипуляций, тем меньше риск повреждения продукта, а значит, меньше требований к сортировке и значительное сокращение сложно перерабатвыаемых отходов.
Когда подъем зеленого массива закончен и зеленый массив готов к резке, форма Aircrete перемещается из зоны подъема в зону линии резки. Твердость и температура массива измеряются автоматически (Рис. 8). Поскольку массив должен быть помещен на линию резки манипулятором, то он получается более твердым (чем при наклонной резке) и, следовательно, более прочным. Это создает дополнительные побочные преимущества, такие как меньшее повреждение углов, и приводит к получению более качественных поверхностей. Еще одним очень важным преимуществом является то, что линия резки предназначена для резки более твердых массивей, при этом все струны могут колебаться. Это позволяет получить гораздо большее окно от отливки до разреза, что значительно снижает риск того, что массиви окажутся слишком твердыми для разрезания. Кроме того, меньше времени теряется при переходе от одного продукта к другому различной плотности.
Рис. 8: Автоматическое измерение твердости и температуры зеленого массива (до обработки в автоклаве)
Манипулятор поднимает и, если предусмотрено профилирование, удерживает массив над открытой формой, в то время как устройство для профилирования дна делает выбранные профили на дне массива. Зеленый остаточный материал собирается в бункер и направляется в шламовую яму для повторного использования, что позволяет свести к нулю количество зеленых отходов в процессе производства. Тем временем готовая смазанная рама для полимеризации, укомплектованная U-профилями/планками и боковыми каналами, транспортируется в секцию I машины для резки на приводных роликах.
Секция I машины для резки поднимается гидравлически, и рифленые ролики вместе с чистящим роликом поднимают u-профили/планки от рамы полимеризации, готовые к приему зеленого массива. Манипулятор аккуратно помещает зеленый массив на этот поднятый узел u-профилей/планок. После этого массиви остаются на этих u-профилях/планках до линии разгрузки, что сводит к минимуму количество манипуляций с зеленым массивом и значительно снижает риск его повреждения. Манипулятор захвата оснащен компенсатором уровня для обеспечения горизонтального положения более коротких массивей при укладке их на секцию I. На первом этапе происходит поперечный разрез, определяющий высоту блока или длину панели. Все струны поперечного разреза колеблются вперед-назад. Ход колебаний струны можно регулировать. Струны удерживаются пневматическими держателями на прецизионных радиальных сегментах, которые оснащены системой обнаружения обрыва струн и системой Aircrete-Wire-Assist. Поперечный резчик характеризуется наклонной рамой с колеблющимися струнами. Благодаря наклонно-поперечному разрезу струны выходят из массива под углом, что сводит к минимуму эффект рогатки и вызванные им повреждения массива (в результате чего обеспечивается оптимальный процесс удаления верхней корки). Кроме того, толщина верхней корки также может быть уменьшена, что позволяет экономить сырье и потреблять меньше энергии.
Теперь толкатель (часть машины для резки) перемещает массив из секции I в секцию II, при этом u-профили/планки катятся по неприводным рифленым роликам. При этом массив проталкивается через горизонтальную и вертикальную режущие струны. Горизонтальная струна пневматически натягивается и колеблется во время резки, отрезая длину блока или ширину панели. Горизонтальная струна может быть подвешена в любом месте на высоте между 440 мм и 630 мм. Вертикальный резак отрезает размер по толщине — например, 15 рядов 100 мм АГБ панелей из массива шириной 1500 мм. Вертикальные струны находятся в высокоскоростной раме для резки (англ. HSCF) — уникальном устройстве, которое колеблется с высокой скоростью (10-30 Гц) с двумя струнами на один прорез, что обеспечивает изделиям супергладкую поверхность и дополнительную точность. Держатели струни HSCF оснащены системой обнаружения обрыва струны и системой Aircrete-Wire-Assist. Верхняя часть массива может быть профилирована по всей длине регулируемыми ножами по мере движения массива.
Крайние вертикальные струны удаляют боковые отходы зеленого массива, оставляя гладкую поверхность. Эти зеленые отходы направляются в мусоропроводы и смываются через желоб в яму для шлама корки, расположенную под вакуумным манипулятором. В случае производства АГБ панелей/блоков, которые оставляют большую боковую корку (например, 200-миллиметровые блоки оставляют после себя 100-миллиметровый ряд 6-метровых блоков), Aircrete имеет специальное автоматическое решение (в качестве опции) для удаления такого большого слоя зеленых отходов. Когда массив достигает секции II, резка завершается. Горизонтальные и вертикальные струны «захватываются» специальным пакетом толкателей, что предотвращает повреждение продукта из-за вытягивания струны. Затем толкатель втягивается, и u-профили/планки, несущие массив, опускаются, чтобы снова лечь на пустую раму для полимеризации (Рис. 9).
Рис. 9: Полностью разрезанный зеленый массив с толщиной изделий 100 мм перед вытяжкой для отсасывания крошек
Рама с массивом закатывается на следующую станцию с помощью приводных роликов. Эта станция находится под вакуумным манипулятором, функция которого заключается в удалении верхней и обеих торцевых корочек. В то же время пустая рама полимеризации, оставшаяся в секции I, передается в секцию II для приема u-профилей/планок с массивом следующего цикла. Вакуумный колпак осторожно опускается в контакт с вершиной массива, включается электровентилятор для создания частичного вакуума для смещения массива. Колпак поднимается, при этом массив все еще находится в контакте, вентилятор работает. В то же время, игольчатый поддон с обеих сторон массива удаляет торцевые отходы. Одна система удаления торцевой корки имеет удлиненный приводной механизм для удаления торцевой корки коротких массивов. Затем вакуумный манипулятор отводится в сторону от массива вместе с отходами и останавливается над ямой для корки. В этот момент игольчатый поддон втягивается, сбрасывая торцевые корки в отходную яму, а подача энергии на вентилятор прекращается, тем самым сбрасывая в яму и верхние отходы. Мощные мешалки разбивают отходы в возвратную суспензию. Колпак для отсоса крошек удаляет все крошки, оставшиеся на массиве.
Важной особенностью этого процесса является то, что благодаря плоскому разрезу риск прилипания отсутствует. Кроме того, эти открытые зазоры обеспечивают лучший и более эффективный процесс автоклавирования.
После завершения процесса резки рама с массивом перекатывается на штабелер. Штабелирующие штыри, которые устанавливаются автоматически для обеспечения оптимальной безопасности и эффективности работы оператора, используются для поддержки одного массива на другом в качестве прокладки между рамами. Укладчик ставит три рамы с массивами друг на друга перед транспортировкой в автоклав — в качестве следующего этапа производственного процесса.
Подготовка и реализация проекта
Имея впечатляющий опыт разработки и реализации сложных проектов модернизации, компания Aircrete Europe понимает, что тщательное планирование и координация между командами всех заинтересованных сторон является основополагающим фактором для обеспечения бесперебойной установки с минимальным временем простоя и нарушения производственного процесса. На всех этапах проектирования и производства все команды интенсивно работали вместе, чтобы обеспечить наиболее эффективный процесс демонтажа старого оборудования, необходимые строительные работы для корректировки фундамента, а также установку и ввод в эксплуатацию нового оборудования Aircrete. Четкое разделение сфер деятельности и ответственности стало основой этого успешно реализованного проекта, и, будучи технологическим партнером, а не просто поставщиком оборудования, Aircrete обеспечила присутствие дополнительной команды на площадке после завершения проекта для обеспечения плавного наращивания производства и поддержки производственного процесса и планирования производства АГБ панелей.
Готовность к будущему
Будущее строительства — за экологичными, устойчивыми и модульными строительными решениями. С модернизированным заводом и первым заводом в США с технологией плоского массива Aircrete, Aercon готов быть на пике этого тренда, и их будущее выглядит светлым. Помимо АГБ панелей из Мексики, которые удовлетворяли спрос местного рынка, в США теперь есть собственный местный источник широкого ассортимента высококачественных АГБ панелей, что является важным шагом для ускоренного роста рынка в ближайшем будущем (Рис. 10).
Рис. 10: Произведенный «первый массив» тщательно контролируется в процессе подъема