3D-baserat IT-stöd för. Lttbvsenadsteknik i trä. Delsteg 1 a och 1 b Slutrapport

Transkript

1 3D-baserat IT-stöd för Lttbvsenadsteknik i trä Delsteg 1 a och 1 b Slutrapport V E R K E T FÖR INNOVATIONSSYSTEM

2 INNEHÅLLSFÖRTECKNING

3 Förord Ett stort tack riktas till Tomas Alsmarker, Byggkonsult Anders Högberg AB, för tid, resurser, tilltro, kompetens och många diskussioner om förnyelse av projekteringsmetodik. Tack också till Einar Lundmark, Vinnova, för stort intresse och en god personlig kontakt. Ett stort tack även till Helena Johansson, Luleå Tekniska Universitet, min Partner In Crime i detta ämne....å la famille Robert Grahm FÖRORD I 1

4 Sammanfattning Stomleverantören Byggsystem i trä ska effektivt kunna erbjuda en felfri produkt. För trästommens konstruktion, logistik och produktion efterfrågas ett 3D-baserat IT-stöd som ska kunna fungera ihop med kundens programvaror. Grundtanken är att all information om trästommen ska samlas på ett och samma ställe. IT-stödets främsta funktionskrav är att korrekt kunna avbilda stomkomponenternas geometriska form och läge. Övrig information som t ex byggdelstillhörighet och leveranstidpunkt ska finnas med. Stommodellen ska vara lättarbetad och dessutom kunna ingå i övriga projektorers modeller. Med viss automatik ska ritningar, listor och datafiler tas fram. Eventuellt merarbete med att konstruera i 3D måste rymmas inom IT-stödets effektiviseringar. De förväntade fördelarna av IT-stödet är: förhandsmonterade, felfria och lättmonterade trästommar likalydande information i de olika presentationerna underlag för utökad kundservice och tilläggstjänster Det datorstöd som idag finns tillgängligt är i princip Computer Aided Design (CAD, datorstödd ritning och konstruktion) som är ett rit- och modelleringsverkyg för konstruktionsarbetet. För logistik- och produktionsunderlag är CADprogram sällan tillräckliga - det krävs bättre funktioner för att vidare hantera den detaljerade informationen om trästommen som skapats i CAD-programmet. En stötesten för val av program är att CAD-tekniken inte mognat tillräckligt för att 3D-data ska vara standardiserat. Följden blir att programmen har svårt att dela data med varandra. När dessutom 4 av 5 projektorer använder ett program, AutoCAD, som inte är menat att vara kraftfullt i 3D klarnar bilden av dagsläget: ännu är de 3D-satsande företagen få inom byggbranschen och tvingas inledningsvis att medverka i branschutvecklingen med de fördelar, risker och kompromisser som följer. Man ska vara medveten om att visionerna funnits i över ett decennium, om inte två. Nu finns åtminstone tekniken men branschmognad kvarstår för både bygg- och programvaruföretagen. Trästommens komponenter är enkla till sin form: ofta rätblock med få och okomplicerade bearbetningar som snedkapning, borrhål och hak. Svårigheterna består i att bearbetningarna förekommer i alla möjliga riktningar och inte sällan i kombination. Dessa enkla former sätter ändå många CAD-program på svåra prov. AutoCAD, Point 5, ArchiCAD och Microstation är program som används i byggbranschen. De riktar sig främst till arkitekter och deras problemställning. De svarar inte mot de tre samtidiga grundkraven: korrekt geometribeskrivning, effektiv arbetsmetod samt tillförlitlig överförbarhet av 3D-data mellan programmen. Det finns ett litet antal specialprogram men de är för små på marknaden. 3D-program för verkstadsindustrin är mer utvecklade och kraftfulla. Programmet Mechanical Desktop bygger på AutoCAD och de kan hantera varandras 3D-data. AutoCAD kan dock inte tillgodogöra sig de mer avancerade funktionerna. Nackdelar finns såsom avsteg från byggbranschens ritteknik men grundkraven motsvaras bättre än av byggprogrammen. Inget ensamt CAD-program är idag lösningen på IT-stödets funktionskrav. Alla programval måste mer eller mindre betraktas som övergångslösningar. 2 I SAMMANFATTNING

5 Lyckade, långsiktiga val kommer till stor del att bestämmas av tre faktorer: fördelningen av programmens marknadsandelar framöver branschens mognad vad avser överföring av data mellan programmen kvarvarande utveckling av funktioner för informationshantering i CAD-program Långsiktiga val ses idag som mycket osäkra. Det kortsiktigt mest rimliga valet för en öppen organisationstruktur som Byggsystem i trä, är att välja ett program som har bäst möjliga koppling till AutoCAD. Är avsikten att detaljerat och på bästa sätt modellera trästommar är Mechanical Desktop 4.0 ett av de bästa valen men även ArchiCAD 6.5 har eller kan ges motsvarande funktionalitet. Valet dem emellan beror inte så mycket på direkt programfunktionalitet som på kringfaktorer som befintliga programinvesteringar, övriga parters programval i organisationen och övergripande, subjektiv känsla för programmet och dess leverantörer. Anpassningar av valt program bör ske i en gripbar skala till en början och toleransen inför programmets egenart får hållas hög. Slutligen kan, utifrån de tre projekt där Mechanical Desktop utvärderats, konstateras att 3D-modellering med ritningsframtagning tar minst lika lång tid som traditionell projektering av elementhandlingar. SAMMANFATTNING I 3

6 1. Inledning 1.1. Bakgrund Byggsystem i trä vill erbjuda ett byggsystem för träbyggnadskonstruktion i en eller flera våningar till sina kunder. Byggsystemet ska innefatta montagefärdig leverans till byggplats av allt ingående stommaterial i ett kundstyrt flöde. Byggsystem i trä ser en virtuell tredimensionell modell som informationsbärare av trästommens innehåll - 3D-baserat IT-stöd. Ur denna modell ska information kunna presenteras i den form som för stunden erfordras av externa och interna kunder. Byggsystem i trä samarbetar med ett annat NUTEK-projekt vad gäller ITstöd: 3D-baserat IT-system för flervånings trähus, Lindbäcks Bygg och Luleå Tekniska Universitet. Som bakgrund för denna rapportens första del, kap 1-5 samt Bilaga A, ligger examensarbetet: 3D-CAD för träbyggnadsteknik, Rapport TVBK-5097, ISSN , ISRN: LUTVDG/TVBK-98/ , Robert Grahm, Där framgår dessa delar mer grundligt Organisation - öppen eller sluten Företagsorganisationens art, om den är öppen eller sluten, kommer att styra grundläggande krav i sådan utsträckning att den blir avgörande för vilka system som kan väljas: slutna, hårt styrda organisationer med definierade parter och behov kan välja system isolerat från utomstående parters behov öppna organisationer måste å andra sidan ta hänsyn till många tänkbara, kända och okända, parters behov varpå kompromisser blir svåra att undvika Byggsystem i träs målgrupp är av öppen struktur - ingen fast organisation för arkitektur, byggherrar eller produktion finns. Byggsystemet ska ha lösningar som inte begränsar exempelvis planlösning eller produktionsmetod mer än nödvändigt. Detta ställer stora krav på generalitet och flexibilitet i stödsystemet. Interna kunder i form av sågverk samt externa i form av byggherrar, arkitekter och entreprenörer ska erbjudas möjlighet att styra produktredovisning och logistik i möjligaste mån så att den passar deras egen organisation vilket också ökar kraven på systemet. 4 I 1. INLEDNING

7 2. IT-stöd för Byggsystem i trä 2.1. Varför IT-stöd? För Byggsystem i trä är effektiv logistik och produktion drivkraften för IT-stödet. De främsta motiven kan skrivas: logistikunderlag för sågverkens tillverkning av trästommens komponenter logistikunderlag för arbetsplatsens montering av trästommen felfri monteringsfärdig trästomme levererad till arbetsplatsen (provmontering i datorn) Tredimensionellt IT-stöd blir främst aktuellt i första och sista punkten då komponenternas geometriska form och läge ska avbildas korrekt. Av intresse är också den innehållsdeklaration av stommen som blir möjlig när stommens komponenter preciserats. Spårning av komponenterna och dess materials ursprung kan bli en nyckel till god miljödokumentation. Inför val av verktyg (datorprogramvara eller -system) för IT-stödet måste följande preciseras och tas i akt: funktionskrav för verktyg identifiering och urval av verktyg hur svarar verktygen mot funktionskraven verktygets arbetsmetod och flexibilitet möjliga filformat och överförbarhet mellan dessa 2.2. Tillgängliga verktyg De verktyg som finns tillgängliga idag är främst CAD-program, Computer Aided Design, se bilaga A. De har ofta geometrier som informationsbärare till vilka övriga informationsposter knyts trots att geometrin bara är en av många egenskaper hos en komponent. CAD, vilket på svenska översätts till datorstödd ritning och konstruktion, är främst ett projekteringsverktyg och används inom många områden utöver bygg såsom verktygsmekanisk konstruktion, bilkonstruktion, fartygs- och flygplanskonstruktion och geografiska informationssystem (GIS) [3]. De linjer, ytor eller volymer som skapas i CAD-program kallas ritelement. Långt ifrån alla CAD-program för byggbranschen tillåter detaljerad geometribeskrivning i 3D. Få av dem erbjuder en tillräckligt effektiv metod för att modellera i 3D och strukturera information om modellens innehåll. En utgångspunkt i en databas där informationsposter lagras och hanteras vore att föredra. I verkstadsindustrin finns exempel på detta, MPS-system, där både geometri, tillverkningstid och kostnader lagras. Somliga MPS-system är integrerade med CAD-program som då hämtar komponenternas information från databasen. Efter bearbetning ska databasen förses med uppdaterad information. Ett liknande helhetsgrepp efterlyses alltså för byggbranschen, det finns inget system att använda direkt idag. Embryon till ett sådant arbetssätt finns i vissa program men det sker alltid på CAD-teknikens villkor vilket ofta begränsar möjligheterna. z. IT-STÖD FÖR BYGGSYSTEM I TRÄ I 5

8 3. Funktionskrav för redovisning av informationen Både inom Byggsystem i trä och för dess kunder är logistik en viktig nyckel till effektivitet. Ett IT-stöd ska då kunna redovisa trästommens informationsinnehåll i en form som är användbar för de olika parterna i processen, t ex ritningar för tillverkning och montering, listor i olika former samt framöver även NCfiler Ritningar Ritningar är ett bra informationsmedel för både tillverkning och montering. Ritningar i 2D ska direkt avspegla modellen utan alltför mycket handpåläggning. Det ska vara möjligt att framställa 3D-perspektivvyer med mått - skuggade komponenter eller tunnare linjetjocklek i djupled är då önskvärt D-ritningar Figur 1 Tillverkningsritning i 2D avseende massivväggselement för Åtvidabergs Trävaru AB. Ritningen är gjord i ett 2D CAD-program. I n Att helt förbigå redovisning i 2D är inte aktuellt men sådant material ska, i möjligaste mån, inte tas fram i en separat process utan bör vara en direkt associerad representation av modellen, se även [5]. Ett program bör därför kunna: ta en horisontalsektion ur modellen som sedan utgör planvyn (vilket kan vara en mer flexibel lösning än det traditionella ritningsgränssnittet) redovisa vyerna dynamiskt - ändras modellen så ska ändringarna slå igenom på vyerna urvalsmöjlighet för vilka komponenter som ska finnas med i en sektion (djup framför och bakom ett vyplan är en metod, urval av egenskaper i en databas är en annan lösning) redovisa vyerna rittekniskt riktigt utan att alltför mycket manuell handpåläggning behövs infoga en lista på ritningen över ingående material För en korrekt ritteknisk representation krävs bl a att: skurna element redovisas med grövre konturer tvärsnitt skrafferas dolda konturer ska automatiskt streckas icke bärande komponenter eventuellt inte visas Konstruktörers speglade projektioner (sedda underifrån och upp) skulle kunna erhållas genom att vända blickpunkten uppåt, följt av en spegelvändning för att orientera den lika övriga projektorers direkta projektion, (uppifrån och ner). 6 I 3. FUNKTIONSKRAV FÖR REDOVISNING AV INFORMATIONEN

9 D-ritningar 3D-vyer, ofta isometriska perspektivavbildningar där t ex måttsättning och textning införs, kan fungera som ett komplement till 2D-ritningar eller helt ersätta dem om informationsinnehållet är begränsat såsom vid monterings- eller tillverkningsritningar, se Figur 2. Ritningar som enbart innehåller perspektivvyer skulle lite inkonsekvent kunna kallas 3D-ritningar (resultatet redovisas ju fortfarande i 2D). Figur 2 Elementritning i 3D, Kv Svanen 4. Där tvetydighet inte kan uppstå har mått angivits direkt på komponenterna utan måttkedjor. 3D-ritningen kompletterades med generella snitt och detaljer i 2D där t ex komponenternas tvärsnittsmått angavs. Redovisningsformen i Figur 2 fungerade väl enligt snickarna som tillverkade elementen men eftersom de var erfarna hade det inte inneburit någon skillnad för dem om de fått traditionella 2D-ritningar - de kände istället att deras erfarenhet underskattades. "Med dessa ritningarna skulle ni kunna plocka in vem som helst från gatan för att tillverka elementen." Snickarna hade också synpunkter på att för många parallella linjer intill varandra (som vid den spårade ändregeln) gjorde ritningen svårtolkad. En lätt gråtoning av komponenterna kan motverka detta alternativt att programmet gör linjer tunnare ju längre bort de ligger. Vissa program har en lämplig funktion vid visning på skärm där en svagt skuggad modell blandas med en trådmodell. Detta skulle öka läsbarheten i 3D-ritningen Monteringsritningar Monteringsanvisningar med ritningar och sprängskisser kan vara ett tillräckligt hjälpmedel för byggproduktionen. Detta skulle överensstämma med filosofin att produktionen inte ska behöva tänka åter en gång på bygget. Det ska redan vara gjort under projekteringen (optimalt med slutgiltiga produktionsledare och montörer tillgängliga), enbart montering ska ske på bygget [5], [6]. Dock är det rimligt att ta med vissa förklarande snitt- eller sektionsvyer för att ge bakgrundsinformation till montörerna eftersom det främjar förståelsen för konstruktionslösningen. Figur 3 Monteringsritning med detaljeringsgrad på produkt/elementnivå, dvs endast omslutande form, borde teoretiskt kunna räcka som redovisningsmaterial till produktionen. De ingående komponenterna är inte redovisade annat än undantagsvis. 3. FUNKTIONSKRAV FÖR REDOVISNING AV INFORMATIONEN I 7

10 3.2. Dynamiska listor Figur 4 Massivbjälklagselement med dess komponentlista. Dimensions 195x45x * «D MATERIAL Gran Gran SS 2112 Fundia Bygg SS 1412 Fondia Bygg SS 1430 Gbg's Bult Gran MASS 1 K12 2 K K12 Hyvlad Listor efterfrågas som hjälpmedel av sågverk, speditör och byggföretag. De ska bl a innehålla följande information om komponenter: unika littera mått geometriska bearbetning (hakad, snedkapad m m) ytbearbetning (grov- eller finhyvlad, sågad) materialkrav (hållfasthet m m) byggdels- och leveranstillhörighet överslags-, ordergrundande samt verklig kostnad planerad och verklig leveranstid läge i ordern planerad inmonteringstid (för simulering av montering över tid) Eftersom de olika parterna i byggprocessen har olika syfte med komponentlistor måste informationsposterna kunna grupperas och presenteras på ett antal olika sätt beroende av vad listan ska användas till, t ex: sågverken önskar sortering map kaplängd, innehåll i leveranser och tidplan för dessa speditören önskar sortering map leveranstider produktionens materialinköpare önskar sortering map kaplängd, byggdelstillhörighet och leverans. produktionsledaren önskar sortering map byggdelstillhörighet och leverans Listor ska vara dynamiska i den meningen att de kan styras av fördefinierade mallar internt i programmet eller externt i en databas. Microsoft Excel bedöms kunna hantera enklare listmallar. Figur 5 Listmall för virkesbeställning hos sågverk. at É n m A.6 C_. D L. ± F. _ G _ H t, J i K t i Objekt: Lossningssätl Maxvikt: Förpackning: Sort Märke Trädslag & Dimension Längd Behandling Leveranstid Kvalitet Tot. kvantitet ; Leveran skval it et För att, vid projekteringen, kunna ange grova kostnadsuppskattningar för materialet borde listorna bearbetas tillsammans med uppdaterad prisinformation från t ex sågverken. Behov av skarvning (finger- eller stumskarv) ska då kännas av och medföra kostnadsökning eftersom denna är väsentlig [7] NC-filer NC eller CNC är benämningen på datorstyrda materialbearbetningsmaskiner (Numeric Controlled, numeriskt styrda respektive Computer Numerically Controlled) 8 I 3. FUNKTIONSKRAV FÖR REDOVISNING AV INFORMATIONEN

11 Framöver kommer även NC-filer att bli en aktuell redovisningsform för en industriell tillverkning av Byggsystem i träs produkter. NC-maskiner kan kapa och vidarebearbeta komponenter enligt den geometriska beskrivningen som stödsystemet hämtar från sin informationsbas. Tekniken benämns CAM, Computer Aided Manufacturing, (datorstödd tillverkning). I verkstadsindustrin är detta vanligt förekommande och stödsystemen har tekniken inbyggd. NC-maskiner för träkomponenter finns bl a i Tyskland. Det anses dock kräva en större byggvolym än dagens inhemska för att investering i NC-maskiner ska bli lönsam. 3. FUNKTIONSKRAV FÖR REDOVISNING AV INFORMATIONEN I 9

12 4. Funktionskrav för uppbyggnad av informationen För att modellering i 3D ska vara möjlig och dessutom mödan värd ställs följande krav på ett IT-stöd: detaljerad modellering, gemensam modelluppbyggnad med övriga projektorer - både i 2D och 3D, lättarbetad metod samt möjligheter att strukturera informationen på ett användbart och flexibelt sätt. Potentialen för att erbjuda sina kunder mer anpassade tjänster är stor om modellens informationsinnehåll lätt kan förpackas på olika sätt. En verklighetstrogen modelleringsmetod är önskvärd Detaljerad modellering Modellering i 3D sker i en helt fri rymdvolym till vilken komponenter kan tillfogas och bearbetas utan restriktioner i någon riktning. Den geometriska representationen av komplexa volymer begränsas av i vilken mån programmen utvecklats. Till de professionella programmen hör ofta ett avancerat grafiskt gränssnitt som underlättar för användaren att navigera i modellen. För att få goda förutsättningar för felfria produkter krävs: fri navigering och geometrisk bearbetning av volymer i alla tre dimensionerna lättreviderade ritelement parametrisk måttsättning av ritelementen lägesvillkor för komponenternas placering kollisionskontroll strukturering i fler nivåer än traditionell lagerteknik, helst i öppen databas alternativt katalogstruktur på hårddisk Figur 6 Transversell bearbetning är t ex hålet genom den hakade regeln. Regelns undersida, en femhörning, har sträckts ut till en viss höjd längs z-axeln. CAD-program med plangränssnitt har då svårt att skapa hålet som är riktat tranversellt z-axeln, d v s i xy-planet Fri geometrisk bearbetning Träbyggnadskonstruktion kräver, trots sin enkelhet, att en och samma komponent ska kunna bearbetas på en mängd olika sätt (hak, kap och håltagningar i flera olika riktningar). Detta underlättas av ett tredimensionellt gränssnitt, rymdmodellering. Vissa program kan sägas tillämpa planmodellering, dvs volymer skapas av en 2D-geometri som därefter sträcks ut i höjdled. Denna metod kan vara lättare att anamma för en användare som varit van vid tvådimensionell projektering men den begränsar detaljerad 3D-modellering eftersom "transversell bearbetning" d v s i annat plan än 2D-planet blir svår att utföra Parametrisk måttsättning Med parametrisk måttsättning menas möjligheten att ange L=1000 mm och sedan använda denna parameter L i måttsamband så att en dubbelt så lång sträcka sätts till 2-L istället för 2000 mm. Vitsen blir stor när många komponenter ska ha samma mått. Höjden för våningshöga reglar kan t ex knytas till våningshöjden genom att ange REGELHÖJD=VÅNINGSHÖJD-SYLL-HAM- MARBAND. Alla de reglarna ändras samtidigt och liktydigt om parametern VÅNINGSHÖJD ändras. Detta arbetssätt är en stor fördel för att rationellt ta fram felfria produkter. 10 I FUNKTIONSKRAV FÖR UPPBYGGNAD AV INFORMATIONEN

13 Om all modellering hänvisas till icke-parametriska formändringar m m ökar risken för fel samtidigt som modelleringsmetoden blir något rigid Lägesvillkor Lägesvillkor (eng. 3D Constraints) används för att ange komponenternas placering i rymden. I de flesta av dagens CAD-program placeras komponenterna intill varandra utan att vara relaterade till varandra, se Figur 7. I mer avancerade CAD-program kan en komponents läge kopplas associativt till andra komponenter så att den inbördes relationen kvarstår vid exempelvis lägesförändringar, se Figur 8. Mått för ställplats m m ska ingå som villkor. Figur 7 Absolut lägesangivelse. Läget för den vänstra väggen är inte associerat till den högra väggen. FLYTTAS VÄGGARNA LIGGER INTILL VARANDRA Figur 8 Lägesangivelse med lägesvillkor. Läget för den vänstra väggens är associerat till den högra väggen. KANTERNA A OCH B LINJERAS UNDERKANTERNA LINJERAS VÄGGARNA ÄR SAMMANFOGADE Kollisionskontroll Kollisionskontroll (eng. clash-control) är möjligt i vissa 3D CAD-program och utgör ett stort steg framåt för måttriktigheten. Här bör också kunna definieras vilka komponenter som inte tillåts kollidera med andra och vilka komponenter som får ge vika vid eventuell kollision. Optimalt skapar t ex bärande komponenter automatiskt måttriktiga förtagningar i icke-bärande komponenter med hänsyn taget till toleranser, ställplats och kantavstånd (spjälkningsrisk m m) Hittills finns ingen "omvänd kollisionskontroll", d v s att komponenter inte möts trots att de borde. En sådan funktion kan också vara måttsäkrande. Det är svårt att definiera vilka komponenter som ska mötas och inte - ställplats förekommer ju ofta. Det kan räcka med att programmet informerar om glapp inom en angiven tolerans och därefter får projektören att avgöra vilka glapp som är oavsiktliga. Lägesvillkor enligt ovan är en bra metod för att undvika oavsiktliga glapp Strukturering i höjdled För effektiv modellering krävs även någon form av strukturering av ritelementen i den tredje dimensionen, ofta i höjdled (längs z-axeln). Duplicering av FUNKTIONSKRAV FÖR UPPBYGGNAD AV INFORMATIONEN I 11

14 erforderlig lagerstruktur till olika nivåer i höjdled är i vissa program den enda metoden att skilja element åt vilket ger en svårhanterad mängd lager som ofta måste hanteras manuellt av användaren själv Verklighetstrogen modellering För att göra modelleringsmetoden mer lättillgänglig och modellen kanske i högre grad provbyggd i datorn kan en verklighetstrogen modelleringsmetod övervägas enligt följande analogier: 1 komponenter ska kunna hämtas från lagerhyllan (dvs från menyer eller dialogfönster som innehåller CAD-objekt) 2 komponenten ska sen kunna monteras in i modellen på ett verklighetstroget sätt, t ex regel på syll eller skiva mot regelstomme (dvs bestäm komponentens läge med lägesvillkor, se Figur 8). 3 programmet ska kunna ge alternativa förslag på objektegenskaper vid montering i modellen (t ex regellängd lika avståndet mellan syll och hammarband om regel monterats på syll, utbredningsmått på skiva lika den regelstomme som skivan ska sättas mot) 4 vid orientering av objekts lokala koordinatsystem ska befintliga objekt kunna användas som referens (d v s en regels z-axel orienteras lika normalen för syllens ovansida). På så sätt undviker man den otympliga hantering av rymdorientering som finns i vissa program där användaren ständigt tvingas ändra koordinatsystem för att kunna modellera. 5 programmet ska ge akt på om komponenten är instabilt placerad i modellen, dvs om stagning behövs, vilket ger en föraning om problematik vid produktionen Till viss del är punkt 1 och 2 tillgodosedda i byggprogrammens byggdelsverktyg och punkt 2 och 3 kan lösas av något mekanikprogram så tekniken kanske ligger runt hörnet. I första hand gäller dock att 3D-modelleringen verkligen är detaljerbar fullt ut vilket inte är fallet mer än i något program Gemensam modelluppbyggnad För att få en effektiv projekteringsprocess ska det finnas möjlighet att bygga upp modellen gemensamt med andra projektörer. Idag utbyts ritningar eller ritningsfiler i 2D mellan projektorerna och det är önskvärt att göra det samma med modeller i 3D. Med detta följer mindre dubbelarbete och klarare ansvarsuppdelning men också krav på ömsesidig förståelse om i vilken ordning olika delar av modellen ska definieras. Gemensam modellering är dock svårt att genomföra idag såvida inte samma program eller programfamilj användes av projektorerna. 3D CAD-branschen har ännu inte mognat tillräckligt för kunna komma överens om en gemensam standard för 3D-data. Detta tvingar fram krav på vilket filformat CAD-programmet använder. Standarder, bland andra IFC (Industry Foundation Classes), är under utveckling men ingen är ännu vedertagen. På den svenska bygg- och fastighetsmarknaden har AutoCAD:s filformat.dwg blivit en de facto standard på grund av den totala marknadsandelen om 83%. Detta är av mindre betydelse för slutna organisationer som vid Lindbäcks Bygg eftersom val av förekommande verktyg och därmed filformat kan styras. Eftersom Byggsystem i trä erbjuder sina tjänster mot en öppen marknad går det inte att på samma vis styra övriga projektorers val av verktyg, alltså är filformat och överförbarhet mellan dessa en springande punkt. 12 I FUNKTIONSKRAV FÖR UPPBYGGNAD AV INFORMATIONEN

15 5. Utvärdering av proj ekterings verktyg 5.1. Allmänt Tredimensionell CAD-teknik börjar så smått användas i byggprocessen men hittills oftare för ren visualisering än för projektering. På marknaden idag finns många program för arkitektur varav ett par kan användas för detaljerad 3D-modellering men bara något enstaka som riktar sig till byggnadskonstruktion i 3D. I mekanisk industri är 3D-modellering mer utvecklat men användbara är de programmen för byggindustrin? Byggsystem i trä har i verkliga projekt utvärderat projekteringsverktygen AutoCAD R14 från Autodesk, Point 5 från Cadpoint samt ArchiCAD 5.0 från Graphisoft. Mot dessa erfarenheter har programmen WoodCad 4.0 från Cadex och Mechanical Desktop 4.0 från Autodesk studerats varav det senare utvärderas mer noggrant längre fram i slutrapporten. IT-projektet Lindbäcks Bygg vid Luleå Tekniska Universitet har utvärderat projekteringsverktygen WoodCad, DDS HusPartner och MicroStation samt visualiseringsprogrammen 3D Studio VIZ och TrueSpace. Utvärderingarna i de verkliga projekten har gett två tydliga förutsättningar för projektering i 3D: träbyggnad, trots sin enkelhet, kräver att ett och samma trästycke ska kunna bearbetas på en mängd olika sätt (hak, kap och håltagningar i flera olika riktningar) samt ändringar måste göras effektivt eftersom sker ofta under projekteringens gång Dessa förutsättningar kan synas enkla men de innebär förvånansvärt höga krav för de flesta av dagens CAD-program för byggbranschen. I rapporten IT Barometern 1998 (8), Figur 9 och Figur 10, redovisas en undersökning om IT-mognad i byggbranschen. Den visar hur skev marknadsfördelningen är vad gäller CAD-program. AutoCAD har här totalt kommit upp i 83% av hela marknaden för bygg- och fastighetsföretag samt byggkonsulter. Detta är den främsta anledning till kravet att modellera med program som klarar av att konvertera 3D-ritelementen till AutoCADs filformat. ArchiCAD har här en mycket liten marknadsandel men ser man enbart till arkitektföretag är andelen uppemot en fjärdedel (21). hur 80% 60% 40% mmim m m WmSL 20% 0% I f 1 111» - P l l AutoCAD AutoCAD LT Microstation Medusa Övrigt Figur 9 Marknadsandelar för CAD-prograi 1998, enligt (8). Andel anställda på arbetsställen med respektive p gramvara. UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG I 13

16 5.2. 3D-modellering för träbyggnadskonstruktion Komplicerad tredimensionell formbeskrivning är inte lika viktig för byggbranschen som för verkstadsindustrin. Geometrierna i en byggnad är ofta enkla rätblock, eventuellt med viss bearbetning som snedkapning, hak, förtagningar, spår, hål etc. Tvådimensionell ritteknik är då ofta tillräckligt för att tydligt beskriva komponenter och byggdelar men 3D-teknik har fler fördelar, däribland kan 2D-ritningar genereras med viss automatik. Många av de CAD-program som används i byggbranschen har dock klara begränsningar när det gäller att detaljmodellera i 3D. Det finns i de flesta byggprogram ett byggdelsverktyg för bjälklag, väggar, pelare, tak, fönster och dörrar etc. Ofta generaliseras dock byggdelarna till rätblock utan möjlighet att modellera alla ingående komponenter. Figur 11 (a) Generaliserad modellering (b) Detaljerad modellering (med den närmre skivan streckad för tydlighetens skull) Exempel 2 En sammansatt väggkonstruktion (Figur Ila) genereras av ett väggverktyg som, trots att väggen är uppbyggd av ett antal olika komponenter, generaliserar väggen till ett stycke. Väggens uppbyggnad definieras som ett antal skikt. Ur denna information räknar programmet ut volym och löpmeter per materialskikt vilket ger en god uppskattning om materialåtgången. Denna detaljeringsgrad är tillräcklig för många projektörer men inte för en konstruktör som avser att detaljmodellera. Då måste komponenterna (skivor, reglar, kortlingar, avväxlingar, isolering m m) modelleras detaljerat så som i Figur 11b. 14 I UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG

17 Vid generalisering till rätblock tydliggörs inte geometriska problem vid möten mellan komponenter. Om problemen ignoreras eller inte ens upptäcks, överförs problemlösningen till produktionen som då ofta står inför fullbordat faktum och får då begränsade möjligheter till god detaljlösning. Samtidigt som materialflödet störs förlorar det bearbetade materialet sitt redan upparbetade värde när ändringar måste göras i produktionen. Generalisering av hela byggdelar till rätblock tvingar fram nödlösningar vid möten med andra byggdelar. En stomme i en yttervägg bär ofta upp mellanbjälklaget medan resten av väggen (fasadskikt m m) fortsätter förbi bjälklagskanten. Exempel 3 I Figur 12a ansluter bjälklaget mot ytterväggen som går obruten förbi. I Figur 12b går en yttervägg upp mot bjälklagets undersida och nästa vägg står ovanpå bjälklaget. I Figur 12c ser vi det nödlösningen som är närmast verkligheten, nämligen att väggen ansluter mot undersidan av ett bjälklag som inte sträcker sig längre ut än den bärande stommen. En specialvägg får dock göras för att täcka in bjälklagskanten Beroende på hur långt det är rimligt att driva precisionen i modelleringen kan massiva murverk av t ex tegel, lättklinker eller Lecablock med gott samvete generaliseras till monoliter (enstaka rätblock utan hänsyn till komponenternas geometrier) medan betongkonstruktioner kan ses som ett gränsfall - att modellera armeringen i 3D eller inte. Tillverkare av prefabricerad betong driver starkt en gren av utvecklingen av 3D-modellering där programmet ConcreteCad (ett systerprogram till SteelCad) är ytterst kraftfullt vid armering av betongkonstruktioner. För vidare synpunkter om 3D-CAD, se avsnitten i Bilaga A WoodCad 4.0 från Cadex Detta avsnitt är en sammanfattning av innehållet i examensarbetesrapporten 3D CAD för träbyggnad, Avd. för Konstruktionsteknik, LTH. Detta program har köpts upp av ett annat företag och kommer inte längre att utvecklas vidare, dock finns det till salu. WoodCad 4.0 är ensamt om att vara direkt riktat mot träbyggnad. I praktiken är det exakt samma program som systerprogrammet SteelCad men med ett bibliotek innehållande träprofiler som tillägg. Programmet beskriver volymer som ett antal ytor och inte som solider men det har inte framstått som ett problem för projektering av trästommar i 3D för- UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG I 15

18 utsatt att programmet tar hand om all ytbeskrivning av volymerna. Revidering av volymer är möjlig och programmet tillåter redigering i både 2D- och 3D-vyer. Logistikunderlag erhålles och framställning av tillverkningsritningar är automatisk när väl mallar för detta skapats. Programmet är öppet i sim programstruktur och därför möjligt att kundanpassa och förprogrammera. Marknadsandelen är låg, ett hundratal licenser i Sverige, men programmet är förhållandevis nytt på marknaden samt specialiserat för konstruktion. Pris c:a kr. Programmet är väl tillämpat för stomkonstruktion men uppfattas inte som högaktuellt för Byggkonsult Anders Högberg AB mest på grund av programmets snäva inriktning som gör programmet mindre lämpat för generell projektering. Tillverkarna betonar de stora effektiviseringsvinsterna vid av knutpunktslösningar och hela byggdelar vilket kan tyckas vara tilltalande för en byggsystemlösning. Våra erfarenheter talar för att lösningar även inom projekt ofta är olika och därför söker vi ett program som är effektivt på att bearbeta komponenter var för sig - att förprogrammera för många olika eventualiteter är alltid begränsande och tidskrävande. Byggsystem i trä måste klara unika lösningar (det ligger i själva företagsidén) och ändå vara effektivt arbets- och kostnadsmässigt, därför lägger Byggsystem i trä ingen stor vikt vid förprogrammering. Att möjligheten finns är intressant och säkert betydelsefullt om systemet har stora upprepningseffekter ArchiCAD 5.0 från Graphisoft Detta avsnitt är en sammanfattning - och samtidigt en uppdatering av - innehållet i examensarbetesrapporten 3D CAD för träbyggnad, Avd. för Konstruktionsteknik, LTH. ArchiCAD 5.0 är ett program direkt utvecklat för byggbranschen men hittills mest riktat mot arkitekter. Efter utvärderingen har det kommit ut en version 6.5. Programtillverkarnas vilja att medverka till vidareutveckling är tydlig. Antalet sålda licenser i Sverige är c:a st, flertalet till arkitekter. Pris c:a kr. Programmet är något begränsande i geometrisk bearbetning av volymer vilket tvingar användaren att lära sig programmets geometribeskrivningsspråk, GDL, för exakt geometribeskrivning. Modellerade komponenter kan sparas som egna biblioteksobjekt. Revidering av komponenterna får fullt genomslag i modellen. Underlag för logistik kan erhållas ur programmet. Listans är utformning anpassningsbar i version 6.5. Ingen automatik finns för att generera tillverkningsritningar. När det gäller 2D-data är programmet teoretiskt kompatibelt med det marknadsledande programmet AutoCAD - 2D-grafik konverteras till AutoCADblock. I de fall arkitekterna skickat konverterade filer från ArchiCAD har de dock varit av starkt varierande kvalitet och användbarhet i AutoCAD. Enligt uppgift från leverantören kan versionen Teamwork hantera seriell projektering mellan programmen. För 3D-data fungerar export från ArchiCAD till dwg-formatet (så när som på att sökvägen till block är begränsad i antal tecken i AutoCAD). Programmet har visat sig vara ett möjligt verktyg för projektering av trästommar men det blir inte tillräckligt effektivt utan applikationsutveckling. Möjligheten finns att all projektering på Byggkonsult Anders Högberg kan göras i ArchiCAD. Det kommer dock att innebära en omställning för varje projek- 16 I UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG

19 terande konstruktör. Som specialprogram för träbyggnad ställs höga krav på konvertering mellan filformat och att nödvändig administration hålls till ett minimum. Allmänt kan en klar marknadsfördel för en konstruktör ses eftersom uppemot en tredjedel av CAD-projekterande arkitekter använder ArchiCAD men i stort sett inga konstruktörer AutoCAD R14 från Autodesk Detta avsnitt är en sammanfattning - och samtidigt en uppdatering av - innehållet i examensarbetesrapporten 3D CAD för träbyggnad, Avd. för Konstruktionsteknik, LTH. AutoCAD R14 är ett generellt projekteringsprogram och erbjuder i sig självt inget branschanpassat stöd vid projektering. Detta överlåts helt på applikationstillverkare. Vid revidering av modellen måste ritelement bytas ut eller kompletteras - ändring av befintliga ritelement låter sig inte göras. Logistikunderlag erhålls inte. Ingen automatik finns för att generera tillverkningsritningar. Tillverkarnas vilja till utveckling är inte klarlagd. Sett till hela bygg- och fastighetsbranschen har AutoCAD och AutoCAD LT 83% av marknaden vilket skapar krav på övriga program att kunna läsa och översätta information så att den blir användbar i AutoCAD. Antalet licenser världen över är två miljoner, i Skandinavien över st (alla versioner sammantaget). Pris c:a kr. Med programmet klarar man att projektera trästommar i 3D men det blir alltför omständligt för att vara lönsamt. Detta gäller även den nu aktuella versionen AutoCAD Point 5 från CadPoint Detta avsnitt är en sammanfattning av innehållet i examensarbetesrapporten 3D CAD för träbyggnad, Avd. för Konstruktionsteknik, LTH. Point 5 är en byggapplikation till AutoCAD men är uttalat inriktat främst på tvådimensionell projektering vilket märks på de få möjligheterna att modellera trästycken (inga geometrier utöver rätblock är möjliga). Revidering är möjlig men bygger i grunden på att ritelement byts ut, dock med automatik. Ändringar gjorda med AutoCADs volymverktyg ignoreras när ritelement ersätts med rätblock. Underlag för logistik erhålls men utöver geometri och antal tillåts bara en extra informationspost. Ingen automatik finns för att generera tillverkningsritningar. Tillverkarna var reserverade till särskild utveckling för konstruktionsprojektering i 3D utan såg hellre att det skulle ingå i det ordinarieprogrammet "om tillräckligt många användare så efterfrågade". Trots att programmet är marknadsledande för hela byggsektorn med c:a sålda licenser i Skandinavien (alla versioner sammantaget) är programmet i sitt nuvarande upplägg helt ointressant för projektering av trästommar i 3D. Pris c:a kr utöver inköp av AutoCAD R14. Hos Byggkonsult Anders Högberg AB har tidigare tagits ett beslut att i 2D projektera med AutoCAD utan applikation (för detta är i många fall det enklare programmet AutoCAD LT mer ändamålsenligt, detta till en sjundedel av priset per licens). Resultatet av denna utvärderingen befogar ingen ändring av det beslutet. UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG I 17

20 5.7. Mechanical Desktop 4.0 från Autodesk Detta avsnitt är en sammanfattning av kapitlet Särskild utvärdering av Mechanical Desktop i slutet av slutrapporten. Mechanical Desktop är en applikation till AutoCAD. Kombinationen blir ett professionellt 3D-verktyg med en modelleringsmetodik och informationshantering som är mer avancerad än ovan nämnda program. AutoCAD hanterar ritelement i 2D och Mechanical Desktop hanterar ritelement i 3D (ytor och solider) samt informationen. Revidering av ritelement är möjlig, alla ritelement är parametriskt uppbyggda och varierbara. Underlag för logistik erhålls. Programmet underlättar framställandet av tillverkningsritningar - vyer, mått, litterering och komponentlistor genereras i princip automatiskt. Programmet är utvecklat för mekanikbranschen men är tillämpbar för träbyggnad med vissa undantag: gemensam modelluppbyggnad är inte självklar eftersom andra program inte har de mer avancerade funktionerna som lägesvillkor och parametrisk måttsättning bara den delmodell byggs i Mechanical Desktop kan ta del av de extra funktionerna. Stommodellen kan samexistera men får byggas "utan kontakt" (dvs utan lägesvillkor) med de övriga projektorernas delmodeller. Så fungerar gemensam modellering idag så detta är snarare en brist hos de andra programmen men får konsekvenser för den som väljer Mechanical Desktop. modell från AutoCAD-applikationen Point 5 har vid ett tillfälle låst modellfilen av okänd anledning konstruktörernas speglade projektion, bjälklagen ses underifrån, går inte att ta fram utan en spegelvändning av planen. Detta bedöms dock som lösbart med en lättare programmeringsinsats Tillverkarnas vilja till utveckling är klart begränsad. De vill tydligt att byggbranschen använder Architectural Desktop eller AutoCAD med applikationer. Det hindrar inte att egna insatser görs, det finns färdiga utvecklarmiljöer för detta i programspråken AutoLisp och VBA (Visual Basic for Applications, Microsoft) precis som för alla AutoCAD-baserade program. Användande av programmet i byggbranschen är troligtvis ovanligt, om ens förekommande, men programmets fokus på geometrisk bearbetning av volymer gör det intressant. De goda funktionerna för informationshantering är i sig ett tungt vägande skäl för investering. Antalet sålda licenser i världen är , för Sverige finns ingen uppgift. Pris c:a kr inklusive AutoCAD, kr för de som redan har AutoCAD. Övrig projektering hos Byggkonsult Anders Högberg AB störs minimalt och utökning av 3D-projektering kan göras efter behov. All erhållen utveckling för AutoCAD kan direkt användas eller utgöra underlag för projektering med Mechanical Desktop Architectural Desktop 2.0 från Autodesk Architectural Desktop har nyligen kommit till Sverige och är Autodesks egna anpassning av AutoCAD för byggbranschen som svar på ArchiCAD. CadPoint har försvenskat innehållet som ännu är magert och dessutom helt inriktat på arkitektur. Architectural Desktop är utgångspunkten för kommande Pointapplikationer vilket troligen ger programmet en stark marknadsandel vad det lider. För trästommar är det dock inte intressant i dagsläget, dels på grund av det starkt avgränsade arkitektinnehållet och dels med tanke på att den inte har mer 18 I UTVÄRDERING AV PROJEKTERINGSVERKTYG