信息化鋼筋加工廠技術探析

劉 暢 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

現階段的鋼筋加工機械產品的加工過程安全隱患極大，并且生產效率較低，加工方式單一，人力資源也較為浪費，在管理上的難度也非常大。智能自動化的鋼筋機械加工，可以實現自動化的下料、尾料、加工、收集等工作，可以在很大程度上較少人力浪費，并且提高機械效率，隨著技術的進步，鋼筋加工機械產品的質量也越來越高[1]。但目前鋼筋加工的管理方面，仍存在很多頑疾。鋼筋加工機械產品的智能化單一，項目前期缺少對鋼筋機械設備裝備的整體組織和策劃，過程中鋼筋加工設備人為操控性大，且無法真實反映鋼筋加工施工過程的進度、質量和成本控制，缺乏鑒證性和追溯性。

鋼筋生產，涉及鋼筋原材管理、優化套裁、進度管理、質量管理、物資追溯等，都是人為控制，隨意大。依托智能鋼筋加工機械設備的開發和應用以及信息化協同應用技術，建設鋼筋生產管理系統平臺，實現鋼筋生產的計劃性、精確性、連續性，以便全面、系統、有效的提升智慧鋼筋加工廠智慧管控。

1 鋼筋加工廠設計研究技術

高鐵預制箱梁鋼筋加工廠，智能鋼筋設備的加工主要涉及兩大類：棒材剪切、彎曲，線材的調直、剪切、彎曲。按功能部位主要有鋼筋原材區、鋼筋加工區、成品存放區（計量貨架）等，針對不同區域進行合理規劃布設，通過互聯網實現鋼筋加工車間和信息化管理平臺的數據通訊，系統協調，并以此來指導鋼筋成型生產加工，為信息化鋼筋智能加工流水線設計奠定基礎。

1.1 鋼筋生產線設計

①棒材、線材生產線規劃

棒材、線材鋼筋加工主要考慮箱梁生產能力、不同規格鋼筋使用量大小、設備產能及鋼筋彎制難易程度等，合理規劃原材存放、智能鋼筋加工設備、成型鋼筋存放三者空間布局，并考慮滿足成型鋼筋生產和存貯能力。

②加工設備智能化

智能鋼筋剪切中心宜PLC程序控制，人性化的電器控制系統，易于調整和操作，在使用過程中根據生產產品的規格輸入長度，一鍵啟動，即可完成鋼筋的定尺定位，翻料動作，并且根據設定可把鋼筋放在不同位置和料倉。智能鋼筋彎曲中心宜配備定位系統的彎曲主機可同時移動，效率更高。彎曲長度可自由定尺，伺服控制、柔性鋼筋鎖緊機構，確保精度，智能化程度大幅降低操作工人勞動強度，提高生產效率[2]。

1.2 計量貨架設計

計量貨架，即鋼筋半成品稱重臺架，主要由型鋼制作柔性骨架、稱重傳感器及可調節支撐裝置組成，用于同種鋼筋型號的成型鋼筋半成品存放。

圖1 單套計量貨架示意圖

圖2 可調節計量支撐裝置模型

2 信息化管理平臺建設技術

2.1 基于信息化鋼筋智能流水線施工技術

①通訊數據對接

通訊數據的對接，主要解決的是兩個環節的問題：第一、基礎數據要完整，不能有缺失；第二、根據雙方制定的規則，按照約定格式、順序對基礎數據進行有序整理，之后再進行傳輸。

鋼筋料單翻樣技術實際上是要解決基礎數據準備的問題，具備這個基礎之后，才能夠通過智能設備的對接，將數字化信息直接導入鋼筋加工設備來指導生產。通過將高鐵箱梁圖紙根據既定要求翻樣成數字化鋼筋下料單，使之可解析、可傳遞，為鋼筋管理數據源奠定基礎。通過將傳統鋼筋加工啞設備附加智能控制盒，以4G或wifi方式連接工業物聯網平臺，使鋼筋任務數據可下發及鋼筋加工狀態可上傳。通過翻樣技術，輸出基于機械可識別的標準化料單，并上傳到云平臺中。根據設備產能、工況、性能指標，以及鋼筋工廠設備布局、人工效率等實時采集上傳云平臺。

②云平臺管理

使用工業物聯網網管連接，并保證通信線路穩定、安全，完成云平臺與傳統加工設備的連接，通過云平臺可針對料單及采集數據進行統一管理。

③生產管理模塊管理

通過云平臺中生產管理模塊，輸出斷料最優的加工方案，并根據生產計劃以及設備的產能情況快速進行排產，柔性調配鋼筋加工任務，充分調動閑置資源，使鋼筋工廠整體產能最大化。

通過翻樣技術，實現鋼筋工廠內鋼筋加工任務的數字化轉換，生產任務數據經過生產管理模塊，可對多項目的任務進行匯總，并根據設定的完成時間計算優先順序，實現統籌調度管理，在辦公室完成任務的匯總、分類、下發指定設備生產的一系列操作，保證生產計劃按需有序執行。在數據匯總之后，針對棒材加工任務，系統內將按直徑分類后進行優化套裁，計算出最合理的剪切套料組合，減少原料浪費。

在計劃排產過程中，根據成品加工計劃，系統內會自動計算出物料清單和加工設備（由成品倒推出原料的需求規格、數量；同時會分配出加工設備的路線流程，比如彎曲下料4m的棒材鋼筋，系統會分配到棒材彎曲設備并分配上游剪切下料工藝的剪切設備），并據此計算原料的庫存情況，對原材庫存進行預警。

④設備生產管理

鋼筋加工設備接收云平臺輸出的數據，并依據加工方案進行加工，生產過程的每筆數據都會上報至云平臺。

智能鋼筋設備具備網絡化管理能力，將設備的操作終端，由單純的操作設備，升級為工人與辦公室管理中心的交互媒介，并借此實現了生產設備與系統服務器之間網絡數據的雙向通訊，工人可以直接通過局域網獲取服務器上的遠程任務，按照計劃人員的排產順序進行生產加工，系統服務器針對每個任務的完成量、廢品量的關鍵指標進行及時采集和存儲，數據匯總后，能夠根據設備機臺、操作工人等類別進行效能統計和比對，便于實現精細化管理。

⑤結果反饋

由于鋼筋加工各生產環節的基礎數據進行了采集數據，反饋至云平臺，通過匯總歷史數據，形成分析報表，分析總體加工進度情況、產能情況等，為生產管理者提升產能，實現對管理決策的數據支撐。

基于以上可供機械識別的標準化數據格式、云平臺、智能型PLC鋼筋設備一體化解決方案，實現成型鋼筋生產精細管理，有效的提升鋼筋加工廠加工過程中所涉及的材料管理、設備生產管理、工藝質量管理、成品管理，確保最大程度減少物料損耗，形成一套集數據采集生成、計劃執行、實施監控、結果反饋為一體的鋼筋加工智能流水線施工技術。

圖3 信息化鋼筋加工流水線循環圖

2.2 原材物料管理

就原材料管理采用了二維碼+貨位編碼的管理模式，配合人工校核及時且準確的統計原料的數量和存放的貨位，上傳在信息化管理平臺，方便后期的原料的取料與原料數量的盤點。此外，還實現了對生產成品所需要的原材料進行量化測算，能夠指導原料采購計劃制定的合理性[3]，避免停工待料的情況出現。

針對原料的管理主要涉及兩個層面：一方面是針對采購計劃的制定；另一方面則是針對已入庫原料的檢驗、領用、盤點等環節的管理。采用原料出廠自帶的二維碼料牌作為原料的唯一身份標記，對原料的理論數量、重量進行監控。

結合現場的實際情況，增加了對余料入庫、出庫的管理，同時提供對定期盤點、損益、調撥等功能的支持，并可以形成對應的單據報表。

2.3 成型鋼筋物料系統管理

針對鋼筋半成品采用成型鋼筋物料系統及計量貨架+臺位號的管理模式，鋼筋物料系統由工業一體機和多個計量稱重貨架組成，臺位號按鋼筋不同直徑進行排序。工業一體機采集計量稱重貨架鋼筋重量，通過有線、WIFI或4G網絡傳輸至云平臺，做到成型鋼筋出入庫貨架，實現在平臺內記錄鋼筋應用編碼，實現了對計量貨架上的成型鋼筋的批量管理，達到鋼筋原材追溯的管理目的。

圖4 成型鋼筋物料系統原理

3 技術優勢及特點

該項技術最大優勢，減輕勞動者作業強度，提高作業效率，提高鋼筋加工成型質量，減小材料損耗，降低工程施工成本，提高施工企業核心競爭能力，滿足綠色建筑施工的發展要求[4]。

對鋼筋加工組織管理流程進行變革。

傳統鋼筋加工流程如下：

算量→鋼筋翻樣→生產計劃→材料采購→鋼筋加工→成型鋼筋出入庫→安裝

特點：管理流程長，涉及人員多，鋼筋量大，規格多，材料盤點等實際管理工作麻煩。

基于信息化鋼筋加工流程如下：

特點：大大減化管理流程，統計效率大大提高，人員減少。

4 結語

通過鐵路預制梁場基于信息化鋼筋加工廠技術研究，實現對遠程任務下發、生產監控、物資追溯等核心管理問題的信息化控制，根據實際的管理需要將原有業務劃分為一系列功能模塊，配合分級、分角色的權限控制，實現信息平臺內部各業務的審批流程控制，充分發揮信息化管理平臺的中樞指揮作用。

該項技術依托張吉懷鐵路永定制梁場進行研發應用、改進和完善。對鐵路預制梁場生產具有里程碑的指導意義，達到國內領先水平，同樣可應用于其它建筑類鋼筋工程，具有廣闊的應用空間。