装配式建筑混凝土预构件自动化生产线信息管理系统

装配式建筑混凝土预构件自动化生产线信息管理系统

王欣悦

营特国际工程咨询集团有限公司 山东 济南 250000

摘要：随着装配式建筑的不断发展，混凝土预制构件的市场需求量越来越大，目前我国的PC装配式建筑生产厂家，大多还采用传统的手工流水线和手工作业模式，造成了产线生产效率低、信息传递不畅、工艺信息不能追踪、质量控制不严格等问题。由于对装配式建筑的要求不断提高，生产自动化和信息化的要求也在不断提高，这两年来，越来越多的工厂采用自动化生产线生产预构件，但自动化水平和信息管理系统的发展程度还不够高，与日本、德国等发达国家的设备水平还有很大的差距。由于混凝土预制件自动生产线在产线中的应用日益普遍，使得生产优化算法、设备监控、质量管理、人员管理等都面临着新的挑战，以往的手工流水线由管理人员根据生产经验进行计划排产的粗放式管理已不再适用，从而PC预构件自动化生产线信息管理系统应运而生。

关键词：装配式；混凝土；信息管理

1生产流程与需求分析

1.1要求

1)与传统的人工混凝土预制条相比，降低了产线工人的数目，降低了生产成本；

2)与常规的人工混凝土预制条相比，提高了模具利用率，提高了生产线的生产效率和生产能力，从而增加了生产效益；

3)与传统的人造混凝土生产线相比，改进了生产线的产品兼容性，使原来的人工产线仅能生产出一种规格的混凝土坯，并通过优化，使之能够生产出各种规格的预制制品。

1.2产品的制造过程和自动化

1)根据生产计划和时间节拍，由集中控制系统向混凝土搅拌站发出要求的混凝土，由鱼雷车将混凝土送至布料机进行布料，该布料机不需要人工操作，可以实现数控布匹；

2)根据生产计划、时间和最优的顺序，集中控制系统对模具台架进行最优的计算，使模具台面上的层板数量得到最优化，从而提高模具的利用率[1]；

3)根据生产计划和时间，集中控制系统向钢筋生产线发出作业命令，根据计划生产出不同规格的钢筋网片和桁架，并打印二维码（该二维码是永久的），将其运送到生产线上的指定位置；

4)根据优化后的生产线模具工作台上堆叠的板数和摆放方向，由中心控制系统根据时间节拍进行布模；

5)根据优化后的生产线模具工作台上堆叠的板材数目和摆放方向，由集中控制系统控制喷漆机器人进行喷涂；

6)根据所配置的模具，中心控制系统对网片抓取机器人和桁架机器人进行控制，通过识别二维码，确定网格数据，将网片和桁架钢筋放入构件的位置，网格筋为尺寸上线。

7)布模机械手和边模模库：布模机械手配备了智能伺服控制统，自动接受中央控制系统发出的控制指令；

8)喷雾机械手：配备有伺服智能控制系统，能够自动接受中央控制系统发出的控制指令，可进行脱模剂的喷洒，实现对模具内部的离型剂的喷涂，减少了离型剂的用量；

9)网片和桁架抓取机器人：配备有智能伺服控制器，可自动接收中央控制系统发出的指令，具有带钢筋的磁力牵引装置和桁架夹紧装置，按资料顺序排列在模具工作台的对应位置；

图1显示了混凝土预制件的主要制造过程。

图1 混凝土预构件生产工艺流程图

2MIS的基础架构

PC预制件自动生产线的信息管理系统的三层结构，主要分为三个层面：

1)数据采集层：主要负责实时、准确、完整地采集和传送数据。在需求的基础上，利用车间内的数据采集软件，实时采集、收集预制件的工艺数据，并将其远程传送至数据中心。

2)资料储存及应用程式服务。为生产过程数据、业务数据等的储存及存取。为客户提供生产计划和执行管理，生产监控，产品和工艺管理，质量管理，设备管理，人员管理，报表管理[2]。

3)客户机显示图层。采用动态图形、趋势曲线、图表等方法，直观、形象地展示生产实时数据、历史数据、报警数据等。

3种模型布局的最优算法

3.1布模限制

1)所有的预制件都是叠层的；（不计空档，人工进行布匹干涉）；

2)每个模具工作台最多只能放置3个部件，并且可以设置成1个位置；

3)每个部件具有一个最大的网格数目和6个桁架的数目。其中，预埋件5个；

4)模具布置时，部件支撑横排和垂直排列，一块模板，可支撑混排，增设横排、混排设置项，充分考虑了区域的最大化使用；混排模式：在竖向排列时，可放两个部件，不能满足三个部件时，同时也可以支撑横排，使用横排[3]；

5)各构件采用的网板中有弯钩时无需特别考虑，均按出筋长度进行优化计算；

6)边模包括上模、下模（上模、下模）；

7)在设置边模时，先将边模放下，然后将上边模与上边模相匹配（上边模必须放在相应的下模外侧，上边模的内侧与图纸的出筋长度相距+50mm)；

8)所述部件的边缘与所述模具台的右侧、上部和下部之间的距离可以设置（长边和宽边）；（最好是500mm)（需要用磁性的钉子固定边模，长度370mm)；

9)所述部件尽可能沿着所述中央分布；

10)两个部件之间的操作间距（按部件或暴露的钢筋的外缘）必须保持（可设置）,50mm。

3.2模具的实际布置

模具台的大小为9米*3.5米，边模共有5个，宽度为86毫米，高度为60毫米。边框尺寸：1000毫米，1550毫米，1950毫米，2550毫米，2950毫米。布模时，边模库数与现有布模相匹配，并考虑边模的存货。

1)当部件进行模具布置时，若不能满足模具布置条件（部件尺寸过大，超过模具工作台的有效工作大小），则需要输入部件的具体数字和有关参数；

2)在进行模具布局时，按人工设置的部件优先顺序，按优先顺序排列，编号越大，则优先顺序越高。若按优先顺序排列，则按楼层的优先顺序排列，楼层较低，则优先权较高；

3)铸型仓库的容量

L1=132个长模2940毫米；L2=132个长模2540毫米；L3=84个长模1940毫米；L4=108个长模1540毫米；L5=990毫米的长模具120个，共计576个。（上、下模具的数目是一样的，两个模具重叠在一起，计算算法的时候，只需要考虑到下面的模具。）

(1)L1=2940毫米的模具，在部件的边长为2550-2940毫米的情况下，在部件的边长<990毫米的情况下，L5=990毫米的模具是首选的[4]。

(2)根据以前的计算，L2、L3、L4模数的模数在不同类型的叠合板中，其有效利用率达到92%。第一个优先权的外部部件的边长选择这3个长度的模具（优先次序）；

(3)在L1的库存比率低于L2和L4的库存比L5的偏差±15%的情况下，按照原来的优先顺序排列，在库存比率超过15%的情况下，按照原来的优先顺序来确定模具的优先顺序。将存货比率的差值降到5%以下时，再将其转化为原来的排序方式。

(4)在L3与L2、L4之间的差异大于15%时，选择模具的方向是减少存货比率差异。在存货比率差异缩小到5%以内时，将其转化为原来的排序方式。

4结论

该系统已经在某企业的预制装配生产线上得到了实际的应用，为该行业的自动化和智能化制造奠定了良好的基础，同时也为我国装配行业中的混凝土预制件的推广和提高质量提供了有益的借鉴。

参考文献

[1]王洁凝,刘美霞,曾伟宁.装配式建筑项目全过程管理流程的改进建议[J].建筑经济,2019,40(04):38-44.

[2]刘康宁,张守健,苏义坤.装配式建筑管理领域研究综述[J].土木工程与管理学报,2018,35(06):163-170,177.

[3]宋京平.装配式建筑是建筑业发展大方向[N].中国建设报,2018-11-12(008).

[4]黄小坤,田春雨,万墨林,等.我国装配式混凝土结构的研究与实践[J].建筑科学,2018,34(09):50-55.