智能 PC 構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線介紹

智能PC構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線簡(jiǎn)介0前言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，面對(duì)快速建設(shè)發(fā)展的需求，混凝土生產(chǎn)需要向高效率、高性能、多功能和智能化方向發(fā)展，用于建造混凝土預(yù)制件的設(shè)備趨于大型化和復(fù)雜化勢(shì)在必行。資料顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家混凝土工程中預(yù)制件的比例占35%~50%，說(shuō)明預(yù)制裝配技術(shù)仍是建筑工業(yè)化的一個(gè)重要組成部分。在我國(guó)，進(jìn)入21世紀(jì)后對(duì)于日益發(fā)展的建筑市場(chǎng)，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系所存在的弊端日趨明顯化。面對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合國(guó)外住宅產(chǎn)業(yè)化的成功經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)建筑行業(yè)再次掀起了“建筑工業(yè)化”、“住宅產(chǎn)業(yè)化”的浪潮，在混凝土的制備、特性和應(yīng)用上取得了研究和應(yīng)用成果。在混凝土預(yù)制裝備的研究上也取得長(zhǎng)足的進(jìn)展。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，住宅需求量增加，混凝土部品部件的快速生產(chǎn)成為一大需求。而就我國(guó)目前而言，還存在著混凝土生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)質(zhì)量差、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、智能化程度較低等問(wèn)題。甚至是現(xiàn)有的大型智能化混凝土生產(chǎn)設(shè)備全依賴于國(guó)外進(jìn)口。因此，迫切需要研制一種能適應(yīng)我國(guó)需求的混凝土構(gòu)件生產(chǎn)裝備，以利用其高效、高質(zhì)量、低強(qiáng)度、清潔等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，提高我國(guó)混凝土制備水平。本文以德國(guó)EBAWEAnlagetechnikGmbH生產(chǎn)的大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，介紹了混凝土構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、工藝過(guò)程，分析了生產(chǎn)線中蘊(yùn)含的微觀物流過(guò)程、信息控制原理等內(nèi)容，為提高我國(guó)大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)制造提供基礎(chǔ)。1大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備圖1是德國(guó)一種大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線示意圖。該成套設(shè)備技術(shù)生產(chǎn)線包括：原料處理區(qū)，主要有原料儲(chǔ)存堆放、配料、計(jì)量、輸送、攪拌等設(shè)備；鋼筋網(wǎng)加工區(qū)，主要有自動(dòng)化鋼筋加工設(shè)備、焊接設(shè)備、自動(dòng)鋼筋配置和擺放機(jī)械手等；PC循環(huán)生產(chǎn)區(qū)，主要有托盤循環(huán)設(shè)備、托盤清潔裝置和脫模劑噴灑裝置、標(biāo)繪器、置模機(jī)械手和拆模機(jī)械手、混凝土布料機(jī)（喂料機(jī)及密實(shí)裝置）、翻轉(zhuǎn)裝置、垛架和提取設(shè)備、抹平裝置、傾卸裝置等設(shè)備；養(yǎng)護(hù)儲(chǔ)存區(qū)，主要有混凝土養(yǎng)護(hù)設(shè)備（分布式養(yǎng)護(hù)室）、堆放和儲(chǔ)運(yùn)等設(shè)備；中央控制區(qū)，包括繪圖、置?？刂啤摌?gòu)加工控制、配料攪拌控制和養(yǎng)護(hù)控制等。（1）托盤循環(huán)設(shè)備托盤由一個(gè)噴漆的抗振焊接鋼結(jié)構(gòu)和一個(gè)表面經(jīng)拋光打磨的平面模板組成。在從托盤清潔直到PC構(gòu)件固化、向外運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程中，模板托盤是作為PC構(gòu)件的載體，在工作站之間移動(dòng)，直到完成構(gòu)件生產(chǎn)的各個(gè)生產(chǎn)步驟，如圖2所示。托盤循環(huán)設(shè)備主要在循環(huán)流水線上以不同的自動(dòng)化程度完成PC構(gòu)件的生產(chǎn)，如復(fù)合樓板、雙層保溫墻體、實(shí)心墻體、輕質(zhì)混凝土墻體和三明治夾心墻體以及外掛墻板。托盤循環(huán)通過(guò)各個(gè)工作站，直到制成混凝土構(gòu)件。圖1PC構(gòu)件生產(chǎn)線示意圖技術(shù)是在保證混凝土構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，獲得最高的生產(chǎn)效率，即整個(gè)混凝土預(yù)制件物流生產(chǎn)過(guò)程所需時(shí)間最短。其中，所需時(shí)間除了各工作站生產(chǎn)加工時(shí)間外，還有托盤在各個(gè)工作站之間的運(yùn)行時(shí)間和托盤循環(huán)系統(tǒng)的空間布置優(yōu)化，使各個(gè)工序之間緊湊但互不干涉是整個(gè)系統(tǒng)空間布置優(yōu)化的原則。（2）托盤清潔裝置和脫模劑噴灑裝置噴油裝置用于將脫模劑噴灑在模板托盤的平面上，可以在整個(gè)模板平面或僅在用來(lái)制作PC構(gòu)件的那部分平面上噴灑脫模劑。有固定式和移動(dòng)式兩種噴油裝置可以選擇，分別可提供固定式或移動(dòng)式的托盤清潔裝置（見(jiàn)圖3）。托盤清潔裝置通過(guò)托盤自動(dòng)循環(huán)，清潔托盤的模板平面和模板邊緣的擋板。在托盤清潔過(guò)程中，先用一個(gè)可以翻轉(zhuǎn)的刮板，清掃模板平面上殘余的混凝土，進(jìn)行粗略清潔；然后，通過(guò)側(cè)面旋轉(zhuǎn)的圓刷，清掃側(cè)面模板；最后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)板刷再次清掃模板平面。（3）標(biāo)繪器、置模機(jī)械手和拆模機(jī)械手標(biāo)繪器主要用來(lái)完成在托盤循環(huán)設(shè)備上劃定預(yù)制構(gòu)件具體輪廓的工作。它可根據(jù)控制系統(tǒng)提供的CAD數(shù)據(jù)，以1:1的比例把PC構(gòu)件的形狀與尺寸標(biāo)繪在模板平面上。置模、拆模機(jī)械手主要完成邊模的放置與拆卸工作。為提高自動(dòng)化程度，機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)從邊模庫(kù)中選擇所需要的邊模，把它們精確地放置在模板平面上，見(jiàn)圖4。特殊的非標(biāo)準(zhǔn)化的邊模填塊，需要在附加工作站手工放置在模板上。拆模機(jī)械手通過(guò)掃描托盤識(shí)別出邊模，把邊模自動(dòng)揀起。圖2混凝土循環(huán)生產(chǎn)托盤圖3托盤清潔裝置圖4邊模機(jī)械手（4）自動(dòng)化鋼筋加工系統(tǒng)一條現(xiàn)代化的PC構(gòu)件生產(chǎn)流水線，通常配置有自動(dòng)化的鋼筋加工系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）。鋼筋加工配送中心對(duì)螺紋盤條進(jìn)行自動(dòng)化加工，然后根據(jù)中央電腦控制系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，在橫向和縱向上鋪設(shè)鋼筋和格構(gòu)梁，同時(shí)還可以鋪設(shè)支撐架或者不鋪設(shè)支撐架。先進(jìn)的自動(dòng)化鋼筋加工系統(tǒng)提高了生產(chǎn)效率、優(yōu)化了生產(chǎn)流程、提高了加工尺寸精確度，把誤差率降低到最小。（5）混凝土布料機(jī)混凝土布料機(jī)把混凝土澆筑到已裝好邊模的托盤內(nèi)，布料機(jī)根據(jù)制作預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度等方面的需要，把混凝土均勻地澆灑在模板上邊模構(gòu)成的預(yù)制構(gòu)件位置內(nèi)?；炷敛剂蠙C(jī)的操作，可根據(jù)所需的自動(dòng)化程度采用手動(dòng)式或者自動(dòng)化操作。（6）密實(shí)及抹平裝置密實(shí)裝置主要對(duì)在模板上新澆筑好的混凝土進(jìn)行密實(shí)，消除混凝土內(nèi)部的氣泡，確?；炷亮己玫念w粒分布。該系統(tǒng)中可根據(jù)實(shí)際需要，提供水平振動(dòng)式或水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)組合式密實(shí)裝置。抹平裝置（見(jiàn)圖6）主要使PC構(gòu)件可視面的平滑程度達(dá)到最高要求。該系統(tǒng)采用垂直升降機(jī)精細(xì)抹平裝置，主要由一個(gè)用于粗略抹平的整平圓盤和一個(gè)用于精細(xì)抹平的翼型抹平器組成。同時(shí)，該裝置帶有水平矯正板精細(xì)抹平裝置，主要配合外部振動(dòng)器，根據(jù)需要將混凝土層振動(dòng)密實(shí)后，進(jìn)行進(jìn)一步抹平。（7）垛架和提升設(shè)備模板托盤澆筑好混凝土后被運(yùn)送到養(yǎng)護(hù)架進(jìn)行固化，預(yù)制件的堆垛通過(guò)全自動(dòng)電腦控制的堆垛機(jī)械和提升設(shè)備進(jìn)行。為了最優(yōu)化利用車間面積，模板托盤疊放在養(yǎng)護(hù)垛架內(nèi)，模板托盤通過(guò)堆垛機(jī)械和提升設(shè)備，運(yùn)至到所需的架層，運(yùn)入或運(yùn)出?；炷翗?gòu)件經(jīng)過(guò)固化后，從養(yǎng)護(hù)架設(shè)備中運(yùn)出，由提升橫梁把固化好的構(gòu)件從模板托盤中取出。根據(jù)構(gòu)件類型，以水平或垂直狀態(tài)提取構(gòu)件。圖5自動(dòng)化鋼筋加工系統(tǒng)圖6混凝土抹平裝置（8）傾卸裝置及移動(dòng)架利用傾斜裝置把固化好的預(yù)制構(gòu)件以垂直狀態(tài)從模板托盤上卸出，以便于運(yùn)輸?shù)桨惭b工地。根據(jù)需要可選擇具備向下移動(dòng)功能的傾卸裝置。移動(dòng)架用于從模板托盤中提取已拆下模板的預(yù)制構(gòu)件，移動(dòng)架可將單個(gè)預(yù)制構(gòu)件或已裝入運(yùn)輸用框架的預(yù)制構(gòu)件移至露天倉(cāng)庫(kù)。（9）養(yǎng)護(hù)室采用分布式養(yǎng)護(hù)室，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、智能化、自動(dòng)化，為成套設(shè)備混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)提供條件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，且具有如下功能：①養(yǎng)護(hù)室應(yīng)用環(huán)行管道微孔送風(fēng)和管道送霧，這種方式霧化密度高、霧點(diǎn)分布均勻，能夠保證構(gòu)件獲得更好的養(yǎng)護(hù)效果。②制冷與制熱設(shè)備放置在養(yǎng)護(hù)室外部，以避免潮濕空氣對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、降低故障率、提高設(shè)備的可靠性。制熱采用電熱與熱泵結(jié)合的方式，制冷系統(tǒng)采用變頻技術(shù)。③采用高頻震蕩單頭超聲波霧化加濕器。這種設(shè)備性能穩(wěn)定，可將水霧化為超微粒子，通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，具有噴霧均勻細(xì)膩、無(wú)噪音、節(jié)能、省電等優(yōu)點(diǎn)。④養(yǎng)護(hù)室采用易于操作的溫濕度控制器，能夠提供精確溫濕度數(shù)據(jù)。圖7分布式養(yǎng)護(hù)室示意圖2大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)生產(chǎn)線工藝分析圖8是大型智能PC構(gòu)件自動(dòng)生產(chǎn)線的流線。包括托盤流線、邊模流線、鋼筋流線、混凝土流線、信息和控制流線等。圖8PC構(gòu)件生產(chǎn)線工藝流線托盤流線是生產(chǎn)線的主線，該流線上布置了生產(chǎn)線上的大部分工藝過(guò)程，包括托盤清洗、劃線、置模、鋼構(gòu)放置、預(yù)埋件放置、混凝土布料、密實(shí)抹平、混凝土養(yǎng)護(hù)、脫膜等工序。除了托盤清洗和劃線工序外，托盤上的其余工藝都有邊模的參與。因此，邊模流線也是生產(chǎn)線重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。鋼筋流線包括鋼筋矯直、切斷、捆扎或焊接、鋼構(gòu)成型、機(jī)械手放置、混凝土布料、密實(shí)抹平、養(yǎng)護(hù)、脫膜、混凝土運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)等工序路線?；炷亮骶€包括物理儲(chǔ)存、配料、攪拌、混凝土布料、密實(shí)抹平、混凝土養(yǎng)護(hù)、脫膜和混凝土運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)等工序路線。信息和控制流線是實(shí)現(xiàn)PC構(gòu)件生產(chǎn)線各個(gè)工藝過(guò)程的經(jīng)絡(luò)，包括配料攪拌信息與控制、布料密實(shí)信息與控制、混凝土養(yǎng)護(hù)信息與控制、機(jī)械手劃線置模信息與控制等。中央控制系統(tǒng)用于監(jiān)控和控制整個(gè)流水線循環(huán)過(guò)程，對(duì)托盤的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行有效的安排和控制，對(duì)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)輸過(guò)程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息自動(dòng)檢測(cè)和傳輸，通過(guò)遠(yuǎn)程維護(hù)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和排除。所有信息都匯至中央控制中心，并由中央控制中心發(fā)出指令控制生產(chǎn)線沿途各個(gè)工藝。該中央控制系統(tǒng)可劃分為若干個(gè)智能體，再把多個(gè)單智能體組成一個(gè)智能群體，并使各智能體能夠有效地協(xié)作協(xié)調(diào)。依據(jù)實(shí)際混凝土預(yù)制機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的工藝要求和功能，在智能體辨識(shí)和建模的基礎(chǔ)上，采用集中和分布相結(jié)合的異構(gòu)混合型方式構(gòu)建基于多智能體的混凝土預(yù)制機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)在有限時(shí)間和資源的約束下，可解決任務(wù)調(diào)配、動(dòng)作協(xié)調(diào)、化解沖突等協(xié)作協(xié)調(diào)問(wèn)題?；诙嘀悄荏w的混凝土預(yù)制機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，可分析各智能體行為之間的相互影響程度，定位各智能體之間的相互約束條件，滿足每個(gè)智能體對(duì)其他相關(guān)智能體的解耦或補(bǔ)償?shù)钠谕?，并建立相?yīng)的協(xié)作、協(xié)調(diào)機(jī)制或方法。3結(jié)