ความท้าทาย: เพื่อบันทึกขนาดทางกายภาพของท่อส่งไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่สองท่ออย่างครอบคลุม สำหรับโครงการที่ต้องคำนึงถึงเวลาเพื่อดัดแปลงโรงไฟฟ้าเก่าด้วยกังหันใหม่สองตัว หากการวัดขนาดท่อร่างคลาดเคลื่อนแม้เพียงเล็กน้อย ผู้รับเหมาไม่เพียงแต่ต้องเผชิญกับบทลงโทษขั้นรุนแรงหากไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ แต่การออกแบบที่ผิดพลาดยังอาจนำไปสู่อุบัติเหตุที่น่าสลดใจอีกด้วย

วิธีแก้ปัญหา: Artec Eva, Artec Studio

ผลลัพธ์: เมื่อใช้ Artec Eva ท่อแบบร่างแต่ละท่อจะถูกจับภาพตั้งแต่ต้นจนจบภายในเวลาประมาณ 5 ชั่วโมง ซึ่งอยู่ในกรอบเวลาของโครงการ จากนั้นการสแกนจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลอง CAD ที่มีความแม่นยำระดับมิลลิเมตร ซึ่งจะถูกส่งไปยังผู้ผลิตกังหันทันทีเพื่อใช้ในการออกแบบและผลิตกังหันใหม่

การสแกนปลายท่อส่งไฟฟ้าพลังน้ำด้วย Artec Eva

ลึกเข้าไปในใจกลางเทือกเขา Jura ของฝรั่งเศส วิศวกร Damien Delmont ยืนอยู่ในท่อร่างคอนกรีตยาวพร้อมกับเครื่องสแกน Artec Eva 3D ในมือ แหงนหน้าขึ้นไปในความมืดตรงไปยังกังหันที่ไม่เคลื่อนที่ซึ่งอยู่สูงกว่า 4 เมตร ซึ่งมีวาล์วเก่าสองตัวที่กักเก็บวาล์วนับล้าน ลิตรของน้ำที่เพิ่มขึ้นในอีกด้านหนึ่ง ได้เวลาเริ่มต้นแล้ว

ในอีกไม่กี่ชั่วโมงข้างหน้า Delmont และหุ้นส่วนโครงการของเขา Guillaume Demarche สามารถจับภาพทุกตารางมิลลิเมตรของท่อส่งน้ำขนาดมหึมา โดยใช้นั่งร้านเพื่อขึ้นไปถึงส่วนบนของโครงสร้างใต้กังหัน

ทีมงานจำเป็นต้องทำงานอย่างรวดเร็ว ทุก ๆ ชั่วโมงที่เพิ่มขึ้นที่กังหันหยุดทำงานหมายถึงการสูญเสียรายได้ของโรงงาน ซึ่งกำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดจะผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 10 เมกะวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับบ้าน 5,000 หลัง

ทำให้งานของพวกเขาซับซ้อนยิ่งขึ้น โรงงานกำลังดำเนินการภายใต้สถานการณ์ฉุกเฉิน ซึ่งใกล้จะต้องมีการอพยพ เนื่องจากระดับน้ำในแม่น้ำเพิ่มสูงขึ้นจนถึงขั้นน้ำท่วม

หลังจาก 87 ปี ถึงเวลาสำหรับการปรับปรุงใหม่

สร้างขึ้นโดยวิศวกรชาวเยอรมันเมื่อเกือบหนึ่งศตวรรษที่แล้วในปี 1934 โดยเป็นส่วนหนึ่งของการชดใช้ค่าเสียหายจากสงครามโลกครั้งที่ 1 โรงไฟฟ้าพลังน้ำได้เปิดดำเนินการตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เมื่อถึงเวลาเปลี่ยนกังหัน Francis ตัวแรกจาก 2 ใน 4 ตัวของโรงงาน ผู้รับเหมาที่รับผิดชอบโครงการเข้าใจธรรมชาติที่ซับซ้อนของงานที่ทำอยู่

ติดตามระดับน้ำข้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

เพื่อให้ผู้ผลิตกังหันสามารถออกแบบหน่วยที่มีการทำงานอย่างเหมาะสมที่สุดสำหรับโรงงาน ก่อนอื่นพวกเขาจำเป็นต้องทราบขนาดที่แน่นอนของท่อร่างขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างผิดปกติ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนท่อไอเสียสำหรับน้ำหลังจากผ่านกังหันและส่ง สู่แม่น้ำเบื้องล่าง

หากใช้การวัดที่ไม่ถูกต้อง ในทางที่ดีที่สุด กังหันจะไม่สร้างเอาต์พุตไฟฟ้าตามที่ระบุ จึงไม่เป็นไปตามมาตรฐานประสิทธิภาพของโรงงาน

ที่เลวร้ายที่สุด การวัดที่ผิดพลาดอาจส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงาน, การเกิดโพรงอากาศ และแม้แต่ระดับการสั่นสะเทือนของกังหันที่สูงเกินไป อาจนำไปสู่อุบัติเหตุ เช่น ภัยพิบัติจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Sayano-Shushenskaya ในปี 2009

ความต้องการเอกสารที่ถูกต้อง

พิมพ์เขียวดั้งเดิมของท่อแบบร่างยังคงมีอยู่ แต่ในช่วงเกือบเก้าทศวรรษนับตั้งแต่ร่างขึ้นมา เป็นที่แน่นอนว่าขนาดมีการเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ดังนั้นจึงกำหนดให้ใช้เป็นเอกสารทางวิศวกรรมที่วางใจได้

นอกเหนือจากความเสียหายทางกายภาพที่เกิดขึ้นทันทีจากการไม่ปฏิบัติตามข้อกำหนด ผู้ผลิตกังหันและผู้รับเหมาโครงการยังต้องเผชิญกับบทลงโทษที่รุนแรง, รวมถึงค่าปรับ, ชื่อเสียงที่เสียหาย ฯลฯ

การทำความเข้าใจว่าวิธีการวัดแบบเดิมอาจไม่สามารถบันทึกท่อได้อย่างแม่นยำภายในกรอบเวลาของโครงการ ผู้รับเหมาจึงหันไปหา Damien Delmont จาก 3DLM ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมและการสแกน 3D สำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม รวมถึงการติดตั้งเพิ่มเติม, การตรวจสอบ และวิศวกรรมย้อนรอยโครงสร้างและส่วนประกอบแบบดั้งเดิม

Delmont อธิบายว่า “หากท่อร่างเป็นรูปทรงเรขาคณิตธรรมดา ก็สามารถวัดได้อย่างง่ายดายโดยใช้เครื่องมือแบบดั้งเดิม แต่พวกเขาไม่ได้ และนั่นคือสาเหตุที่ทำให้เราสร้างแบบจำลอง CAD ของท่อเหล่านี้ที่มีความแม่นยำระดับมิลลิเมตร เราจึงเลือกที่จะสแกนแบบ 3D”

ในการค้นหาเครื่องสแกน 3D ที่เหมาะสม

หลายปีก่อน เมื่อ Delmont เปิดตัวบริษัทวิศวกรรม เขาเริ่มมองหาเครื่องสแกน 3D ที่จะตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของเขา

หลังจากติดต่อกับ Boreal 3D ซึ่งเป็นหุ้นส่วนที่ได้รับการรับรองจาก Artec Gold และได้พบกับ Demarche ในไม่ช้า เขาก็ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับ Artec Eva ซึ่งเป็นเครื่องสแกน 3D แบบพกพาระดับมืออาชีพที่มีความแม่นยำในระดับมิลลิเมตร ซึ่งเป็นที่ชื่นชอบในหมู่วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญทั่วโลก

Artec Eva

Delmont กล่าวต่อว่า “ธรรมชาติของโครงการนี้ต้องการกำหนดเวลาที่จำกัด และด้วย Eva ของเรา ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง เราสามารถจับภาพท่อร่างทั้งหมด 12 เมตร (39.3 ฟุต) ได้อย่างแม่นยำจนสามารถใช้แบบจำลอง CAD สำหรับ การวิเคราะห์และการจำลอง CFD (พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ) ที่จำเป็นในการสร้างกังหันใหม่”

“ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม หากเราไม่ส่งผลงานภายในระยะเวลาที่กำหนด คนอื่น ๆ ในโครงการจะได้รับผลกระทบ และจะส่งผลต่อโอกาสในการมีส่วนร่วมในโครงการในอนาคตด้วย”

จับภาพวัตถุขนาดใหญ่พิเศษ สแกนแล้วสแกนอีก

เมื่อเส้นตายใกล้เข้ามาอย่างรวดเร็ว เมื่อพิจารณาถึงขนาดและความซับซ้อนของโครงการ Delmont จึงนำ Guillaume Demarche มาช่วย หลังจากวางแผนอย่างรอบคอบ พวกเขามาถึงโรงงานไฟฟ้าพลังน้ำและวางกลยุทธ์สำหรับขั้นตอนข้างหน้าอย่างรวดเร็ว

เพื่อให้การจัดแนวการสแกนเร็วขึ้นในซอฟต์แวร์ Artec Studio ในระหว่างขั้นตอนการประมวลผล พวกเขาใช้สีสเปรย์กับผนังของท่อร่าง โดยกำหนดส่วนแยกกันสิบส่วนสำหรับการสแกน

Guillaume Demarche ของ Boreal สแกนท่อร่างด้วย Artec Eva

การทำงานในส่วนต่าง ๆ เช่นนี้ ทำให้พวกเขาพร้อมมากขึ้นที่จะออกจากท่อส่งน้ำทันทีในกรณีฉุกเฉิน ซึ่งภัยคุกคามนั้นอยู่ใกล้แค่เอื้อม ดังตัวอย่างนี้ ขณะที่ทีมกำลังสแกน น้ำสูงเพียง 10 เซนติเมตรจากการทะลักเหนือฝายกั้นน้ำที่อยู่ด้านหลังพวกเขาโดยตรง

วิศวกรด้านความปลอดภัยยืนเฝ้าอยู่บนยอดเขื่อน คอยตรวจสอบระดับน้ำตลอดเวลา หากสภาพอากาศเปลี่ยนไปในทางที่แย่ลง แม้แต่ต้นน้ำไม่กี่กิโลเมตร ก็อาจทำให้น้ำเพิ่มสูงขึ้นจนเป็นอันตรายได้ ในกรณีนั้น ทีมงานจะมีเวลาน้อยกว่าหนึ่งนาทีในการคว้าอุปกรณ์ทั้งหมดและหนีออกจากท่อส่งลม

สแกนผ่านความมืดและน้ำ

สิ่งที่คอยเตือนอยู่เสมอถึงความเสี่ยงคือน้ำที่ไหลเข้าสู่ท่อดูดประมาณ 10 ลิตรต่อนาที ไหลลงมาทางวาล์วด้านบน ซึ่งแตกต่างจากวาล์วและก๊อกน้ำที่อยู่อาศัย วาล์วแบบเก่าเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาให้ปล่อยน้ำในปริมาณเล็กน้อย เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายจากน้ำในทันที ทีมงานจึงสร้างโต๊ะไม้ชั่วคราวเพื่อวางคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์

แต่การมีอยู่ของน้ำไม่ได้ขัดขวางการสแกน ไม่ถึงนาที “แม้ว่าพื้นของท่อดูดจะมีน้ำอยู่ถึง 2 ซม. แต่ Eva ก็ยังคงสแกนพื้นที่เหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ” Delmont กล่าว

Guillaume Demarche ของ Boreal จับภาพส่วนบนของท่อร่างด้วย Artec Eva

เขากล่าวต่อว่า “ผมได้ยินมาว่าเครื่องสแกน 3D สามารถต่อสู้กับน้ำที่เคลือบบาง ๆ ได้ แต่สู้ Eva ไม่ได้ เพื่อความแน่ใจ ฉันได้ตรวจสอบพื้นที่เหล่านี้ด้วยการวัดระยะไกลด้วยเลเซอร์ และเห็นว่าการวัด Eva ถูกต้อง”

แต่ละส่วนใช้เวลาในการสแกนประมาณครึ่งชั่วโมง โดยสามารถจับภาพท่อทั้งหมดตั้งแต่ต้นจนจบได้ในเวลาประมาณ 5 ชั่วโมง

“เครื่อง Eva ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเครื่องสแกนที่เหมาะสำหรับงานประเภทนี้ เนื่องจากมีความแม่นยำเพียงพอและช่วยให้เราสแกนได้โดยไม่ต้องวางเป้าหมายใด ๆ ในสภาพแวดล้อมที่ชื้นแฉะ แม้แต่สภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นซึ่งค่อนข้างเป็นศัตรูกับเทคโนโลยี ในความมืดสนิทโดยไม่มีปลั๊กไฟ” Delmont กล่าว

การสร้างแบบจำลอง CAD สำหรับการติดตั้งเพิ่มเติม, การตรวจสอบ และอื่น ๆ

ในระหว่างการสแกน Delmont ค้นพบชั้นแร่ธาตุขนาด 5-10 มม. ที่สะสมอยู่บนผนังของท่อส่งน้ำ ซึ่งสะสมอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหลายทศวรรษโดยน้ำหลายล้านลิตรที่ไหลผ่านท่อ

ตะกอนดังกล่าวส่งผลต่อลักษณะการไหลผ่านท่อ และจำเป็นต้องบันทึกไว้อย่างถูกต้องในแบบจำลอง 3D ที่ได้ มิฉะนั้น การจำลอง CFD ที่ตามมาจะไม่สะท้อนถึงอัตราการไหลของน้ำจริง

หลังจากการสแกนและกลับมาที่สำนักงาน ก็ถึงเวลาที่ต้องประมวลผลการสแกนเป็นแบบจำลอง CAD จากข้อมูลของ Demarche “ใน Artec Studio เรามีงานไม่มากนักในด้านการประมวลผลการสแกน ซึ่งเป็นวิธีที่เราวางแผนไว้”

เขากล่าวต่อไปว่า “โดยพื้นฐานแล้ว หลังจากทำความสะอาดเล็กน้อย ผมจัดแนวส่วนที่สแกนสิบส่วนและสร้างแบบจำลอง 3D เดียวที่ครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของท่อร่างทั้งหมด”

โมเดล 3D ขั้นสุดท้ายของท่อส่งไฟฟ้าพลังน้ำทั้งหมดที่สแกนด้วย Artec Eva

ใช้เครื่องมือสแกนเป็น CAD ของ Artec Studio เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

หลังจากขั้นตอนนี้ Delmont ใช้คุณสมบัติสแกนเป็น CAD ของ Artec Studio เพื่อให้พอดีกับโมเดล 3D ของท่อร่างที่มีรูปทรงดั้งเดิมของ CAD จากนั้นเขาส่งออกรูปร่างเหล่านี้เป็นไฟล์ STP ไปยัง SOLIDWORKS ซึ่งเขาใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการร่าง, การวาด และการอัดขึ้นรูปโมเดล CAD ของท่อแบบร่าง

Delmont เน้นย้ำถึงความสำคัญของฟังก์ชันการสแกนเป็น CAD ว่า “หากขั้นตอนหนึ่งของเวิร์กโฟลว์ใช้เวลามากเกินไป สิ่งนี้จะลดประสิทธิภาพของเราและเพิ่มต้นทุน ซึ่งจะทำลายโอกาสในการแข่งขันและชนะโครงการใหม่”

“การที่เราสามารถสร้าง CAD ดั้งเดิมได้โดยตรงจากการสแกนใน Artec Studio เพียงชั่วครู่หลังจากการสแกนวัตถุ เราลดเวลาอันมีค่าออกจากเวิร์กโฟลว์ ในขณะที่ไม่ต้องเสียสละสิ่งใดในทางคุณภาพ”

จับภาพทุกอย่างสมบูรณ์แบบตั้งแต่การสแกนครั้งแรก

Delmont กล่าวเสริมว่า “Eva ทำให้สามารถจับภาพทุกมิติของวัตถุได้ แม้กระทั่งขนาดที่ใหญ่และไม่สม่ำเสมออย่างท่อส่งไฟฟ้าพลังน้ำเป็นครั้งแรก ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องทำการสแกนรอบที่สอง ไม่จำเป็นต้องหยุดโรงงานอีก”

“เพราะถ้าคุณเริ่มประมวลผลการสแกนและเห็นว่าคุณขาดข้อมูลพื้นผิวบางส่วน การกลับไปที่โรงงานและหยุดการทำงานของกังหันอาจมีราคาแพงมากในแง่ของการสูญเสียรายได้สำหรับลูกค้า โชคดีที่ Eva เมื่อเราเดินออกจากงานสแกน เรารู้ว่าข้อมูลทั้งหมดอยู่ที่นั่น ลึกลงไปถึงมิลลิเมตรสุดท้าย”

หลังจากสร้างโมเดล CAD เสร็จก่อนกำหนด Delmont ก็ส่งให้ลูกค้า ซึ่งส่งต่อไปยังผู้ผลิตกังหัน โมเดลตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดและนำไปใช้ทันทีสำหรับการจำลอง CFD และการวิเคราะห์อื่น ๆ

โมเดล CAD ของท่อแบบร่างที่สร้างขึ้นจากการสแกนของ Artec Eva

สัปดาห์ต่อมา ทีมงานกลับไปที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำ สแกนท่อร่างที่สอง และสร้างแบบจำลอง CAD โดยใช้ขั้นตอนการทำงานที่กำหนดไว้

โมเดล CAD ที่แม่นยำสำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมและอื่น ๆ

ขณะนี้โมเดล CAD ของท่อร่างทั้งสองพร้อมให้ใช้งานแล้ว พวกมันยังสามารถใช้เป็นโมเดลอ้างอิงสำหรับการตรวจสอบท่อผ่านการสแกน 3D เช่น ใน Artec Studio โดยใช้เครื่องมือการทำแผนที่ระยะพื้นผิวของซอฟต์แวร์ ความแตกต่างใด ๆ ระหว่างโมเดล CAD และการสแกนจะแสดงขึ้นในแผนที่ความร้อนสีที่อ่านง่าย

ทุกวันนี้ โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่เป็นมรดกตกทอดดังกล่าวหลายสิบแห่งจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงใหม่มีอยู่ในฝรั่งเศสเพียงแห่งเดียว และยังมีอีกหลายร้อยหรือหลายพันแห่งที่จะพบในประเทศต่าง ๆ ทั่วโลก

เมื่อพูดถึงความเชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมสำหรับโครงการเหล่านี้ ในคำพูดของ Delmont “คำถามสุดท้ายคือ: ความแม่นยำประเภทใดที่จำเป็นจริง ๆ เพราะวัตถุธรรมดาต้องการเพียงแค่ระดับเดียวเท่านั้น”

Delmont ให้รายละเอียดเพิ่มเติมว่า “บริษัทหลายแห่งจะยอมรับค่าเผื่อความแม่นยำที่ต่ำกว่าในส่วนเล็ก ๆ ที่สำคัญของส่วนประกอบ ในขณะที่บริษัทอื่น ๆ จะผลักดันให้ค่าเผื่อสูงสุดของส่วนประกอบทั้งหมด แม้แต่ในส่วนที่ไม่จำเป็นต้องใช้”

“แต่วิธีการเหล่านี้ไม่เพียงแต่มีข้อบกพร่องเท่านั้น แต่ยังทำให้โครงการใช้เวลานานขึ้น, สิ้นเปลืองทรัพยากร, ต้นทุนสูงขึ้น และสุดท้ายก็ได้ผลลัพธ์ที่แย่ลง” Delmont กล่าว

ทำโครงการที่ซับซ้อนซึ่งไม่มีเอกสารต้นฉบับ

“ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือทำอย่างไรจึงจะบรรลุระดับความแม่นยำในอุดมคติเมื่อทำการดัดแปลงวัตถุขนาดใหญ่มาก เช่น ท่อร่าง ด้วยส่วนต่าง ๆ ที่มีความซับซ้อนในระดับต่าง ๆ และในขณะเดียวกันก็ปรับแนวทางวิศวกรรมย้อนกลับของคุณเองให้เข้ากับแต่ละโครงการ”

“ในทุกโปรเจกต์ที่ผมได้ดำเนินการร่วมกับ Artec Eva ของผม” Delmont กล่าว “มันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชันที่สำคัญสำหรับการช่วยลดช่องว่างที่ไม่พบภาพวาดหรือเอกสารต้นฉบับ ซึ่งเป็นกรณีที่เกิดขึ้นประมาณ 70% ของ โครงการดัดแปลงที่เราพบ”

เขากล่าวต่อว่า “กับ Eva ฉันกำลังสร้างการวัดที่แม่นยำและแบบจำลอง CAD ของวัตถุที่มีขนาดไม่กี่เซนติเมตรกับวัตถุอื่น ๆ ที่มีความยาวหลายเมตร ฉันเชื่อว่านี่คือหนึ่งในจุดแข็งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Eva นั่นคือความสามารถรอบด้าน แบบจำลอง CAD ที่ได้นั้นจำเป็นสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่การดัดแปลงไปจนถึงการตรวจสอบ, การบำรุงรักษา และอื่น ๆ อีกมากมาย”