智能 PC 構件自動化生產(chǎn)線介紹

智能PC構件自動化生產(chǎn)線簡介0前言隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，面對快速建設發(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，用于建造混凝土預制件的設備趨于大型化和復雜化勢在必行。資料顯示，發(fā)達國家混凝土工程中預制件的比例占35%~50%，說明預制裝配技術仍是建筑工業(yè)化的一個重要組成部分。在我國，進入21世紀后對于日益發(fā)展的建筑市場，現(xiàn)澆結(jié)構體系所存在的弊端日趨明顯化。面對這些問題，結(jié)合國外住宅產(chǎn)業(yè)化的成功經(jīng)驗，我國建筑行業(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、特性和應用上取得了研究和應用成果。在混凝土預制裝備的研究上也取得長足的進展。隨著我國城鎮(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)設備簡單、智能化程度較低等問題。甚至是現(xiàn)有的大型智能化混凝土生產(chǎn)設備全依賴于國外進口。因此，迫切需要研制一種能適應我國需求的混凝土構件生產(chǎn)裝備，以利用其高效、高質(zhì)量、低強度、清潔等技術優(yōu)點，提高我國混凝土制備水平。本文以德國EBAWEAnlagetechnikGmbH生產(chǎn)的大型智能PC構件自動化生產(chǎn)線為基礎，介紹了混凝土構件預制生產(chǎn)線的結(jié)構組成、工作原理、工藝過程，分析了生產(chǎn)線中蘊含的微觀物流過程、信息控制原理等內(nèi)容，為提高我國大型智能PC構件自動化生產(chǎn)線的設計制造提供基礎。1大型智能PC構件自動生產(chǎn)線的關鍵設備圖1是德國一種大型智能PC構件自動化生產(chǎn)線示意圖。該成套設備技術生產(chǎn)線包括：原料處理區(qū)，主要有原料儲存堆放、配料、計量、輸送、攪拌等設備；鋼筋網(wǎng)加工區(qū)，主要有自動化鋼筋加工設備、焊接設備、自動鋼筋配置和擺放機械手等；PC循環(huán)生產(chǎn)區(qū)，主要有托盤循環(huán)設備、托盤清潔裝置和脫模劑噴灑裝置、標繪器、置模機械手和拆模機械手、混凝土布料機（喂料機及密實裝置）、翻轉(zhuǎn)裝置、垛架和提取設備、抹平裝置、傾卸裝置等設備；養(yǎng)護儲存區(qū)，主要有混凝土養(yǎng)護設備（分布式養(yǎng)護室）、堆放和儲運等設備；中央控制區(qū)，包括繪圖、置模控制、鋼構加工控制、配料攪拌控制和養(yǎng)護控制等。（1）托盤循環(huán)設備托盤由一個噴漆的抗振焊接鋼結(jié)構和一個表面經(jīng)拋光打磨的平面模板組成。在從托盤清潔直到PC構件固化、向外運輸?shù)恼麄€過程中，模板托盤是作為PC構件的載體，在工作站之間移動，直到完成構件生產(chǎn)的各個生產(chǎn)步驟，如圖2所示。托盤循環(huán)設備主要在循環(huán)流水線上以不同的自動化程度完成PC構件的生產(chǎn)，如復合樓板、雙層保溫墻體、實心墻體、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)通過各個工作站，直到制成混凝土構件。圖1PC構件生產(chǎn)線示意圖技術是在保證混凝土構件生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，獲得最高的生產(chǎn)效率，即整個混凝土預制件物流生產(chǎn)過程所需時間最短。其中，所需時間除了各工作站生產(chǎn)加工時間外，還有托盤在各個工作站之間的運行時間和托盤循環(huán)系統(tǒng)的空間布置優(yōu)化，使各個工序之間緊湊但互不干涉是整個系統(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，可以在整個模板平面或僅在用來制作PC構件的那部分平面上噴灑脫模劑。有固定式和移動式兩種噴油裝置可以選擇，分別可提供固定式或移動式的托盤清潔裝置（見圖3）。托盤清潔裝置通過托盤自動循環(huán)，清潔托盤的模板平面和模板邊緣的擋板。在托盤清潔過程中，先用一個可以翻轉(zhuǎn)的刮板，清掃模板平面上殘余的混凝土，進行粗略清潔；然后，通過側(cè)面旋轉(zhuǎn)的圓刷，清掃側(cè)面模板；最后，通過旋轉(zhuǎn)板刷再次清掃模板平面。（3）標繪器、置模機械手和拆模機械手標繪器主要用來完成在托盤循環(huán)設備上劃定預制構件具體輪廓的工作。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構件的形狀與尺寸標繪在模板平面上。置模、拆模機械手主要完成邊模的放置與拆卸工作。為提高自動化程度，機械手可實現(xiàn)從邊模庫中選擇所需要的邊模，把它們精確地放置在模板平面上，見圖4。特殊的非標準化的邊模填塊，需要在附加工作站手工放置在模板上。拆模機械手通過掃描托盤識別出邊模，把邊模自動揀起。圖2混凝土循環(huán)生產(chǎn)托盤圖3托盤清潔裝置圖4邊模機械手（4）自動化鋼筋加工系統(tǒng)一條現(xiàn)代化的PC構件生產(chǎn)流水線，通常配置有自動化的鋼筋加工系統(tǒng)（見圖5）。鋼筋加工配送中心對螺紋盤條進行自動化加工，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鋼筋和格構梁，同時還可以鋪設支撐架或者不鋪設支撐架。先進的自動化鋼筋加工系統(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）混凝土布料機混凝土布料機把混凝土澆筑到已裝好邊模的托盤內(nèi)，布料機根據(jù)制作預制構件強度等方面的需要，把混凝土均勻地澆灑在模板上邊模構成的預制構件位置內(nèi)?；炷敛剂蠙C的操作，可根據(jù)所需的自動化程度采用手動式或者自動化操作。（6）密實及抹平裝置密實裝置主要對在模板上新澆筑好的混凝土進行密實，消除混凝土內(nèi)部的氣泡，確保混凝土良好的顆粒分布。該系統(tǒng)中可根據(jù)實際需要，提供水平振動式或水平振動和垂直振動組合式密實裝置。抹平裝置（見圖6）主要使PC構件可視面的平滑程度達到最高要求。該系統(tǒng)采用垂直升降機精細抹平裝置，主要由一個用于粗略抹平的整平圓盤和一個用于精細抹平的翼型抹平器組成。同時，該裝置帶有水平矯正板精細抹平裝置，主要配合外部振動器，根據(jù)需要將混凝土層振動密實后，進行進一步抹平。（7）垛架和提升設備模板托盤澆筑好混凝土后被運送到養(yǎng)護架進行固化，預制件的堆垛通過全自動電腦控制的堆垛機械和提升設備進行。為了最優(yōu)化利用車間面積，模板托盤疊放在養(yǎng)護垛架內(nèi)，模板托盤通過堆垛機械和提升設備，運至到所需的架層，運入或運出?；炷翗嫾?jīng)過固化后，從養(yǎng)護架設備中運出，由提升橫梁把固化好的構件從模板托盤中取出。根據(jù)構件類型，以水平或垂直狀態(tài)提取構件。圖5自動化鋼筋加工系統(tǒng)圖6混凝土抹平裝置（8）傾卸裝置及移動架利用傾斜裝置把固化好的預制構件以垂直狀態(tài)從模板托盤上卸出，以便于運輸?shù)桨惭b工地。根據(jù)需要可選擇具備向下移動功能的傾卸裝置。移動架用于從模板托盤中提取已拆下模板的預制構件，移動架可將單個預制構件或已裝入運輸用框架的預制構件移至露天倉庫。（9）養(yǎng)護室采用分布式養(yǎng)護室，可實現(xiàn)系統(tǒng)化、智能化、自動化，為成套設備混凝土標準養(yǎng)護提供條件，其結(jié)構示意圖如圖7所示，且具有如下功能：①養(yǎng)護室應用環(huán)行管道微孔送風和管道送霧，這種方式霧化密度高、霧點分布均勻，能夠保證構件獲得更好的養(yǎng)護效果。②制冷與制熱設備放置在養(yǎng)護室外部，以避免潮濕空氣對設備的腐蝕，延長設備的使用壽命、降低故障率、提高設備的可靠性。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。③采用高頻震蕩單頭超聲波霧化加濕器。這種設備性能穩(wěn)定，可將水霧化為超微粒子，通過風動裝置，將水霧擴散到空氣中，具有噴霧均勻細膩、無噪音、節(jié)能、省電等優(yōu)點。④養(yǎng)護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)護室示意圖2大型智能PC構件自動生產(chǎn)線工藝分析圖8是大型智能PC構件自動生產(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程，包括托盤清洗、劃線、置模、鋼構放置、預埋件放置、混凝土布料、密實抹平、混凝土養(yǎng)護、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。鋼筋流線包括鋼筋矯直、切斷、捆扎或焊接、鋼構成型、機械手放置、混凝土布料、密實抹平、養(yǎng)護、脫膜、混凝土運至倉庫等工序路線?；炷亮骶€包括物理儲存、配料、攪拌、混凝土布料、密實抹平、混凝土養(yǎng)護、脫膜和混凝土運至倉庫等工序路線。信息和控制流線是實現(xiàn)PC構件生產(chǎn)線各個工藝過程的經(jīng)絡，包括配料攪拌信息與控制、布料密實信息與控制、混凝土養(yǎng)護信息與控制、機械手劃線置模信息與控制等。中央控制系統(tǒng)用于監(jiān)控和控制整個流水線循環(huán)過程，對托盤的運動過程進行有效的安排和控制，對所有運行數(shù)據(jù)和運輸過程實現(xiàn)優(yōu)化，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息自動檢測和傳輸，通過遠程維護模塊進行實時分析和排除。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)線沿途各個工藝。該中央控制系統(tǒng)可劃分為若干個智能體，再把多個單智能體組成一個智能群體，并使各智能體能夠有效地協(xié)作協(xié)調(diào)。依據(jù)實際混凝土預制機構控制系統(tǒng)的工藝要求和功能，在智能體辨識和建模的基礎上，采用集中和分布相結(jié)合的異構混合型方式構建基于多智能體的混凝土預制機構控制系統(tǒng)結(jié)構模型。多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)在有限時間和資源的約束下，可解決任務調(diào)配、動作協(xié)調(diào)、化解沖突等協(xié)作協(xié)調(diào)問題?；诙嘀悄荏w的混凝土預制機構控制系統(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，滿足每個智能體對其他相關智能體的解耦或補償?shù)钠谕?，并建立相應的協(xié)作、協(xié)調(diào)機制或方法。3結(jié)