بهینهسازی سازه و تحلیل هزینه جوشکاری
بهینهسازی سازه و چالشها
بهینه سازی و طراحی, سازه, مشاوره, مطالب شاخص
تحقیقات زیادی در حوزه بهینهسازی سازهها صورت گرفته است، که اکثر آنها با مسائل آکادمیک یا کوچک سروکار داشتهاند. برای دههها این تکنولوژی توسط مهندسین سازه در عمل به عنوان کاری رمزگونه و مستور با ارزش عملی کم اجتناب میشد. در دهههای اخیر، به هر صورت، کوششهای بسیاری جهت وارد نمودن تکنولوژی بهینهسازی سازه به مهندسی سازه در عمل شده است. این تکنولوژی ارزش بالایی به خصوص برای طراحی سازههای بزرگ و پیچیده مانند سازههای بلند مرتبه و آسمانخراشها دارد. اخیرا، بهینهسازی سازه توجه طراحان و فعالان در زمینه سازههای بلند را به خود جلب نموده است. شرکتهای برجسته در طراحی سازههای بلند مانند Arup، SOM وارد عمل شدهاند. برای مثال، Arup یک گروه جهت تمرکز بر چیزی که اسمش را CDO یعنی طراحی محاسباتی و بهینهسازی گذاشته، تشکیل داده است.
هدف بهینهسازی سازه شاید سه گانه باشد: ۱) اتوماتیک نمودن فرآیند پیچیده طراحی ۲) بهینهسازی عملکرد سازه ۳) حداقل نمودن هزینه کلی سازه. کارهای اولیه بر روی حداقل نمودن وزن طراحی به خصوص در سازههای فولادی متمرکز بود و اغلب توسط مهندسی سازه مورد انتقاد قرار میگرفت که یک کمینه نمودن وزن سازه الزاما موجب کاهش هزینه نمیشود. سازههای بتن مسلح نیز شامل دو نوع مصالح هستند که باید برای مسئله بهینهسازی هزینه فرموله شوند. بهینهسازی سازهای شاید هدفی برای یافتن بهترین طراحی باشد که وزن، هزینه و دیگر معیارهای انتخاب شده برای سازه را در یک شرایط بارگذاری تامین نموده، در حالیکه الزامات مقاومت، سختی، پایداری، کارکردی، و حتی زیباشناختی را برآورده سازد. این مسئله توجه بسیاری از کارفرمایان را در دنیا به خود جلب نموده است.
تحلیل هزینه جوشکاری
اتصالات, اجرا, سازههای اسکلت فلزی
جوش یک فناوری نیازمند کارگر در شرایط سخت است. برق، استهلاک تجهیزات، الکترود، گاز و جوش و قوس الکتریکی بخش بسیار کوچکی از هزینه جوشکاری را تشکیل می دهند. بنابراین، تمرکز اصلی کنترل هزینه بر کاهش زمان لازم برای جوش خواهد بود. مثال زیر برای نشان دادن هزینه های نسبی مواد و نیروی انسانی و نیز ارزیابی تأثیر انتخاب مناسب فرآیند جوشکاری است. در مثال در نظر گرفته شده است جوش شیاری اتصالات بال تیر به ستون است. از آنجا که این یک جوش چند گذر است، مناسب ترین روش تجزیه و تحلیل این است که هزینه جوش در هر وزن از فلز جوش مصرفی، مانند دلار در هر پوند باشد. سایر روشهای تجزیه و تحلیل عبارتند از هزینه هر قطعه، ایده آل برای تولید کنندگان همراه با تولید قطعات یکسان بر اساس یک تکرار، و هزینه در طول، مناسب برای جوشکاری تک گذر از طول قابل توجهی است. دو فرایند جوشکاری که در نظر گرفته می شود عبارتند از: SMAW و FCAW. در صورتی که به درستی استفاده شود، جوشکاری با کیفیت بالا تولید می کند. برای محاسبه هزینه هر وزن فلزی جوش مصرفی، معادله ای به فرمت زیر استفاده می شود:
هزینه الکترود صرفا هزینه خرید آن است. تمام این فلز پرکننده به طور مستقیم به فلز جوش مصفری تبدیل نمی شود. هدرهایی مرتبط با سرباره، پاشش و در مورد SMAW، خسارت ریشه (قسمت انتهایی الکترود است که از بین می رود) وجود دارد. برای این تفاوت ها، فاکتور کارآیی اعمال می شود. فاکتورهای کارآیی (Efficiency) زیر معمولا برای فرآیندهای مختلف جوش استفاده می شود:
هزینه برای فلز جوش مصرفی به وسیله تقسیم کار قابل قبول و نرخ بالاسری توسط نرخ مصرفی تعیین می شود، یعنی مقدار فلز جوش مصفری که در یک تئوری، ۱ ساعت مداوم تولید شده است. این امر نمی تواند در شرایط واقعی حفظ شود زیرا جوشکاری توسط بسیاری از عوامل، از جمله حذف سرباره، جایگزینی الکترود، تغییر محل کار یا جوشکار با توجه به کار، و غیره، متوقف خواهد شد. برای این حساب، “فاکتور علمیات” استفاده می شود که به عنوان زمان قوس تقسیم بر کل زمان مرتبط با فعالیت های جوش تعریف می شود. برای SMAW، جایگزینی الکترود ها در هر دقیقه به دلیل طول محدودی از الکترودهای مورد استفاده قرار می گیرد. فاکتورهای علمیات زیر به طور معمول برای فرآیندهای مختلف و روش کاربرد استفاده می شود:
فاکتور عملیاتی برای هر فرایند داده می تواند به طور گسترده ای متفاوت باشد، بسته به نوع جوشکاری مورد نیاز است. در شرایط کارگاهی، جوشکار ممکن است سیم مفتول مونتاژ را دریافت کند و تنها لازم است آنها را جوش و تمیز کند. برای نصب بر روی سایت پروژه، جوشکار ممکن است “آویزان کردن آهن”، تنظیم کردن، پیچ، تمیز کردن اتصال، تغییر مکان داربست، و انجام فعالیت های دیگر علاوه بر جوش را داشته باشد. بدیهی است، فاکتورهای عملیات در این شرایط به طور قابل توجهی کاهش مییابد. مثال های زیر روش های واقعی استفاده شده توسط یک مجری جوشکاری در محل پروژه است. هزینه های نیروی کار و هزینه های بالاسری لزوما نشان دهنده عمل واقعی نیستند. فاکتورهای عملیاتی برای سایت پروژه بسیار غیر واقعی هستند اما برای مقایسه مقادیر نسبی فلزات پرکننده در مقایسه با کار مورد نیاز برای رساندن فلز جوش و نیز تفاوت هزینه فرایندهای مختلف استفاده شده است. هنگامی که هزینه جوشکاری پوند برای هر مقدار فلز جوش مصرفی شناخته شده است، تعیین مقدار فلز جوش مورد نیاز برای یک پروژه مشخص نسبتا ساده است و آن را به هزینه بر هر وزن برای تعیین هزینه جوش بر روی پروژه ضرب می کند.
در مثال SMAW، هزینه الکترود حدود ۶٪ از کل هزینه است. برای مثال FCAW، در درجه اول به علت کاهش محتوای نیرو انسانی، هزینه الکترود ۲۵٪ کل است. با استفاده از FCAW، هزینه کل جوش تقریبا ۶۵٪ کاهش یافت. در حالی که الکترود FCAW 85٪ بیشتر از الکترود SMAW هزینه می کند، بهره وری الکترود بالاتر باعث کاهش، افزایش هزینه الکترود به ۳۹٪ میشود. اولویت اول که باید در انتخاب فرآیندهای جوشکاری و روشهای جوش حفظ شود، دستیابی به کیفیت جوش مورد نیاز است. برای روش های مختلف جوشکاری که کیفیت مورد نیاز را ارائه می دهند، معمولا سودمند است از روش هایی استفاده شود که باعث افزایش نرخ مصرف الکترود و فاکتورهای عملیاتی بالا می شود. این به کاهش زمان جوشکاری با کاهش متناظر در کل دوره ساخت و ساز ساختمان منجر خواهد شد، که عموما صرفه جویی مستقیم برای صاحب نهایی را نه تنها کاهش هزینه جوشکاری ، بلکه همچنین کاهش هزینه های وام ساخت و ساز نیز می شود.
