Algoritmit huolehtivat automaattisesti suunnittelun eri vaiheista

Weckman otti keväällä käyttöön Tekla-suunnitteluohjelman, ja samalla 60-vuotiaassa perheyhtiössä haluttiin tehostaa muutenkin teräshallien suunnitteluprosessia. Parametrisella eli algoritmiavusteisella suunnittelulla säästetään aikaa jo tarjousvaiheessa.

Kotimainen perheyritys Weckman Steel on suunnitellut ja valmistanut teräshalleja yli 40 vuoden ajan, ja yhtiö viettää 60-vuotisjuhliaan vuonna 2022. Weckmaniin luotetaan suomalaisessa teollisuudessa ja maataloudessa sekä padelhallien ja ratsastusmaneesien kaltaisissa erikoiskohteissa. Keväällä 2022 Weckman korvasi Autodesk-suunnitteluohjelmiston rakennesuunnittelijoiden suosimalla Teklalla.

”Meillä on työn alla vuosittain pitkälti yli toista sataa halliprojektia, joten halusimme tehostaa koko suunnitteluprosessia”, kertoo Weckman Steel Oy:n tuotekehitysjohtaja Antti Alanko. Parametrinen eli algoritmiavusteinen suunnittelu oli alkuun Weckmanin suunnittelijoille vain etäisesti tuttua, kun Swecon Ilari Pirhonen oli esitellyt sen hyötyjä betonisiltojen suunnittelussa. ”Aloimme miettiä, voisiko algoritmeja hyödyntää myös teräshallien suunnittelussa.”

Sweco oli Weckmannille aiemmista projekteista tuttu yhteistyökumppani, jolta oli helppo kysyä neuvoa myös Teklan käyttöönotossa. Swecon parametrisen suunnittelun teknologiapäällikkö Ilari Pirhosen mukaan Tekla soveltuu Autodeskiä paremmin teräsrakenteiden suunnitteluun. Esimerkiksi kahden teräsosan väliset liitokset voidaan määritellä esiohjelmoinnilla, ja ohjelman päälle on mahdollista kustomoida omia työkaluja ja automatiikkaa. ”Lisäksi työskentely on sujuvampaa, kun käytössä on sama suunnitteluohjelma useimpien ulkopuolisten rakennesuunnittelijoiden ja insinööritoimistojen kanssa.”

Algoritmien sarja huolehtii automaattisesti suunnitteluvaiheista

Teräshallien suunnittelua päätettiin kehittää myös Teklan käyttöä tehostavalla automaatiojärjestelmällä. ”Loimme Weckmanille kolmen algoritmin sarjan, joka suorittaa suunnitteluprosessin eri vaiheet automaattisesti”, Pirhonen kertoo.

Ensimmäinen algoritmi toteuttaa niin sanotun basic designin eli mallintaa hallin teräsprofiilit Teklaan. Toinen algoritmi lisää runkomalliin myös liitokset. ”Se oli kaikkein vaikein osuus”, Pirhonen toteaa. Erilaisia liitostyyppejä on kymmenkunta, ja niiden sisällä on edelleen yhtä paljon eri variaatioita. Lopuksi kolmas algoritmi siirtää hallin FEM-ohjelmaan lujuuslaskennan tarkastusta ja raportointia varten.

Kehitysprojektin jokainen askel on määritelty tarkkaan, koska tehtävän vaativuus oli etukäteen tiedossa. ”Aikaa kehitysprojekti vie luonnollisesti paljon, mutta Swecon projektinjohto on toiminut hyvin ja vienyt asioita hallitusti eteenpäin”, Alanko toteaa.

Jokaisessa vaiheessa asiakas on saanut arvioitavakseen ensin käsin mallinnetun prototyypin, koska saman liitokseen toteuttamiseen on lukematon määrä eri vaihtoehtoja. ”Kuhunkin liitokseen on löydettävä tuotannon kannalta mahdollisimman edullinen ja samalla lujuusopillisesti toimiva vaihtoehto”, Pirhonen sanoo. Yhdessä on valittu myös kaikki vapaat parametrit eli hallien säädettävissä olevat mitat ja muut ominaisuudet.

Mallintamiseen kuluva aika lyhenee jopa 90 %

Uuden suunnitteluohjelman ja algoritmien käyttöönotto vaatii aina harjoittelua, ja siksi Swecon asiantuntijat kävivät paikan päällä kouluttamassa Weckmanin suunnittelijoita. ”Teimme Teklaan valmiita kuvapohjia ja kytkimme ohjelmat toinen toisiinsa, jotta kaikki asetukset ovat kohdallaan ja tietokannat löytyvät sieltä, mistä pitääkin”, Pirhonen kertoo.

Swecon rakennesuunnittelijat testasivat suunnittelutyökalua myös itse standarditeräshallin suunnittelussa. ”Teräsrungon suunnitteluaika aina lähtötietojen lukemisesta valmiiseen malliin kutistui noin kymmenesosaan siitä, mitä se olisi ollut ilman algoritmeja”, Pirhonen sanoo. Sen jälkeen tehtävänä on tuotantopiirustusten teko, lujuuslaskelmien tarkastus ja raportointi sekä projektikohtaisten yksityiskohtien mallinnus. ”Algoritmisarjalla onkin mahdollista mallintaa erilaiset teräshallit liitoksineen ja kuormineen muutamassa minuutissa.”

Pirhonen onkin vakuuttunut siitä, ettei suunnitteluprosessia olisi voitu tehostaa vastaavasti millään muulla keinolla. Myös suunnittelutyökalun toteutus olisi ollut tavalliselle ohjelmistotalolle mahdoton tehtävä. ”Algoritmien speksaaminen vaati rautaista kokemusta teräsrakenteiden suunnittelusta. Tietokonehan tekee vain sen, mitä se ohjelmoidaan tekemään.”

Kehityshanke on edennyt niin lupaavasti, että Weckmanilla on vakuututtu siitä, että parametrisen suunnitteluprosessin jatkokehitys kannattaa. ”Työkalu on jo hyvä lisä hallien tarjouslaskentaan, ja saamme laskettua rungon teräskilot todella nopeasti”, Alanko sanoo. Seuraavaksi yhteistyö jatkuu detaljien ja piirustusautomaation kehittämisessä. ”Työ- ja rakennepiirustusten automatisointi on seuraava steppi, jolla vähennämme suunnittelun työtunteja.”