建設數字化鋼材集中加工廠的探索及實踐成果

石磊

（中國交通建設股份有限公司軌道交通分公司，北京 100032）

1 案例分析

1.1 案例概況

重慶軌道交通18號線北延工程位于重慶市渝中區和九龍坡區，該工程項目作為重慶市2021年軌道交通186 km續建項目、198 km第四期項目之一，線路東起小什字站，西至18號線工程（富華路～跳磴南）富華路站（不含），線路全長10.61 km。建成后的工程項目對進一步加密渝中區軌道交通線網，有效緩解化龍橋、大坪、菜園壩等片區交通擁堵，促進區域經濟社會發展起著至關重要的作用。但是，由于18號線北延工程各施工工地處于該市渝中區繁華地帶，施工場地狹小，可利用空間少，若不提前謀劃部署，未來鋼材供應問題將極大地制約工程建設進度。因此，按照業主招標文件要求，18號線北延工程施工總承包部提前謀劃、周密部署，統籌建設了中國交通建設股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠。

1.2 鋼材集中加工廠選址

中國交通建設股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠（以下簡稱鋼材集中加工廠）選址位于重慶市渝北區龍興鎮騰云路5號，占地面積9 412.10 m2，主要提供和滿足重慶軌道交通18號線北延工程構成工程實體的鋼材、型材、管材、構件等材料的深加工及配送。為順應中國制造2025以及工業4.0的發展理念，自項目規劃階段便引入了大量先進的理念和創新技術。鋼材集中加工廠全部選用國內領先的技術和裝備，全線配套建科機械（天津）股份有限公司的智能鋼筋加工生產線，以及數字化全流程管理軟件系統，著力打造以高自動化、高信息化鋼筋裝備為依托，深度融合信息化管理平臺的“153”（一個目標，5個功能，3大成果）型“智慧鋼材集中加工廠”。

2 建設數字化鋼材集中加工廠的目標

2.1 實現工廠化，促進全局統籌

圍繞一個目標的中心思想，鋼材集中加工廠房建設辦公區、原材料堆放區、合格品區、加工區、成品及半成品堆放區5大模塊區域，涵蓋辦公、調度控制、原材料堆放、全機械化加工、成品及半成品存放、集中配送6大功能，以全信息化流程為重要抓手，串聯成為一體式工廠化產業鏈，其科學布局、功能齊全、排布有序的特點，在節約施工現場空間，大幅度提高鋼材集中大批量加工生產的同時，采用先進自動化數控設備有效把控鋼材現場加工安全隱患，減少噪聲污染。智能控制系統，針對各類訂單優化套裁，最大效率規劃原材料綜合利用，大幅度降低損耗率的目標。需求單位得到產品質量保證的同時，還可享受24 h的供貨服務。

2.2 實現機械化，達到高效生產

為進一步保障鋼材集中加工廠全天候的高效生產，采用了全智能數控鋼筋生產流水線，全過程流水化加工作業。

數控鋼筋彎箍機，該設備為直條和盤條兩用型設備，可加工大圓弧的箍筋，具有直條聯動計數機構及多任務鋼筋優化功能，可以最大限度利用整根直條鋼筋[1]。

數控立式鋼筋彎曲中心，能與剪切線聯動生產，可實現雙向彎曲，實現彎曲大圓弧角度，氣動夾緊裝置，加裝伸縮夾緊機構，滿足小中斷的鋼筋加工。

數控鋼筋鋸切套絲生產線，該設備具有自動鋸切套絲功能，鋸切后可直接自動進入套絲機構，鋸切鋼筋截面平整無馬蹄口，加工速度快，尺寸精準。

數控鋼筋剪切生產線，可將熱軋帶肋鋼筋進行高質量剪切、輸送、存儲及加工，并將各加工工序形成電腦控制的加工流水線，該設備產量大、精度高，可與數控彎曲中心進行聯動生產。

數控鋼筋網焊接生產線，縱筋橫筋雙盤條上料，精確數據定位，減少浪費，提高效率，橫筋間距無極調整，可根據實時數據計算設備產能以及工作效率，實時預警信息，減少故障排查時間，預防設備和人身的安全問題。

數控斜面式鋼筋彎曲中心，實現高精度PLC控制，高效率使用，高耐用設計，斜面式工作面結構，上料、下料操作方便安全，曲柄式鋼筋托起移送機構的設計，操作便利。適合加工大尺寸圖形鋼筋。

以上設備均為全機械化加工，極大地節約了人工成本，提高了生產效率，降低了關鍵工序的人力資源成本，生產統計誤差進一步減小，可控精細化管理和成本控制得以實現。

2.3 實現智能化，做到科學管理

智能控制軟件能夠滿足多客戶、多項目任務同時錄入，根據需求時間對生產任務進行分類和合理排產，提高加工設備利用率，減少閑置時間。管理者可通過PC端實時監控設備運行情況，實現綜合統籌管理，創造規模效益。

信息化管理平臺通過BIM平臺對接，完成鋼筋訂單數據的快速生成，技術人員只需對鋼筋訂單做審核。 平臺根據鋼筋生產工藝的分析，自動對生產數據進行拆分，從而實現設備的自動排產和生產順序的安排，達到集中生產提高生產效率的目的。

通過鋼筋料牌的應用，實現管理人員和生產工人的生產安排和數據交接。

通過信息化平臺和數控鋼筋設備的信息交互，完成生產數據的下發以及設備生產情況的統計，方便管理人員及時掌握現場生產狀況、設備運行狀況以及訂單的生產進度[2]。

2.4 實現信息化，確保精確把控

生產全流程數據通過控制中心大屏幕展示，使得所有鋼材加工、生產和進程實現可視化，便于管理者根據鋼材加工的實際情況適時調整生產任務。軟件的應用使各方人員通過原材管理、庫存管理、設備管理、計劃管理、訂單管理、余料管理、生產管理、統計管理、配送管理等全流程信息化管理實時掌握加工廠各類信息，及時對生產管理工作進行優化調整。

2.5 實現數字化，開展全面分析

系統通過數據分析自動生成各類直觀的可視化圖表供管理人員進行有效決策，并按照信息種類的不同，自動將原材料進廠、庫存、排產、加工、出貨、廢料、余料等各種數據自動歸集，便于數據統計。系統還具有“數據安全臨界”預警功能，可確保數據準確性及可控性，避免人為數據統計誤差，提高管理效率。

3 建設數字化鋼材集中加工廠的成果

3.1 可追溯性管理成果

通過二維碼信息聯網實現對鋼筋產品的唯一標識管理，系統通過網絡全程記錄鋼筋物料從原料到加工再到出入庫交接的全部流程，能夠在云端精準記錄鋼筋原材料廠商、爐批號、加工參數、質量檢驗等關鍵信息，實現產品質量的全生命周期可追溯性。

3.2 工藝管理成果

工藝管理成果指的是鋼材集中加工廠在工藝卡片、工藝標準化等方面取得的階段性成果。本文在總結多年項目經驗基礎之上，對鋼筋生產工藝進行了二次深化設計，科學梳理各類型鋼材加工工藝，并形成了工藝管理標準化設計。針對工廠化生產形成完整的工藝路線設計，將管理節點轉化為可控單據，實現流程清晰、過程可控的完整流程，從而顯著提升了綜合生產功效和產品質量。

3.3 安全、質量環保管理成果

通過設備自動化、智能化的提升，有效地減少了生產環節中的人員參與，降低了安全隱患和安全風險，同時，也極大地簡化了生產和管理流程，進一步降低了人工在生產過程中的參與度。

此外，成套的智能鋼筋加工設備，徹底扭轉了傳統鋼筋加工過程中大量依賴小型機具的被動局面，通過高精度伺服、程控技術的應用，不僅顯著地提升了產品質量，還淘汰了能耗較高的落后裝備，實現了技術裝備乃至行業的轉型升級。

從鋼筋裝備技術升級和信息化全生命周期管控入手，在常規數控設備基礎上定向升級和優化。一方面，加工自動化得到提升，生產環節實現無人值守，搭載云端總控系統，以數字驅動生產進行遠程調度，生產及管理的綜合降低人工需求達到40%以上，真正實現高效和精準生產；另一方面，工廠內的主要生產設備均與總控室實時通信，不僅實現網絡下達生產任務，還能夠動態采集設備上的生產執行數據，讓工廠生產實現數字化、透明化，信息化手段大大降低溝通成本，提升管理質效。通過信息網絡連接，搭建信息化統籌調度平臺，生產加工訂單管理、翻樣管理、計劃排產管理、棒材優化套裁管理、鋼筋原材料的出入庫管理、成型鋼筋的出入庫管理、運輸管理、各類報表數據分析等方面均能以數字化形式呈現，資源配置更加科學、問題分析更加精準，運營管理更加便捷。

鋼材集中加工廠依靠萬物互聯的智能控制云，配合總控系統的云端計算決策、大數據采集分析，實現鋼材加工從生產、物料、質量、設備全流程數字化管理。

4 數字化鋼材集中加工廠要實施統一規劃與管理

統一規劃與管理是鋼材集中加工廠建設數字化過程中的綱領，要有統一的規劃和管理，才能引導各個部門進行數字化建設，實現信息資源的互聯互通，實現資源共享，避免重復建設現象的出現。而“應用主導”和“面向市場”才是鋼材集中加工廠建設數字化的內在動力和重要手段，數字化建設重在信息技術的普及和應用，更注重數字化建設的效果。為此，在規劃管理上，重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠還需要加強以下幾個方面的工作：

1）建設鋼材集中加工廠數字化工作管理網絡。該數字化工作管理網絡主要分為以下3個層次。第一個層次由鋼材集中加工廠的綜合管理部門負責全廠的數字化建設整體規劃和協調工作；第二層由鋼材集中加工廠的生產部門主要負責數字化建設推進過程中的具體工作，并協助綜合管理部門對各部門的數字化建設工作進行指導。這一過程是十分重要的，因為建設數字化鋼材集中加工廠并不是一件簡單和孤立的事情，而是與各部門之間緊密相連的，最終的建設成果可以對各個部門的工作效率和水平的提升具有一定的促進作用；第三層由車間各部門落實建設數字化的實現方法。

2）對鋼材集中加工廠建設數字源進行部署，實現各項資源的合理配置，避免各自為政現象的產生。主要負責數字建設化的部門應當制訂長期或者短期的目標，長期目標可以是3年計劃，短期目標可以是季度或者是月度計劃，各個部門在此基礎上再制訂詳細目標，但是在具體的計劃過程中，既要能結合鋼材集中加工廠的實際情況，又能體現自身建設數字化的個性特點。

5 結語

綜上所述，建設數字化是加快企業現代化發展的必然趨勢，是企業在激烈市場環境中站穩腳跟的必由之路，中國交通建設股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程作為促進我國軌道交通行業領域的重要支柱，通過建設數字化可以實現鋼材生產設施設備數字化、鋼材生產流程數字化以及決策者決策的數字化，最終建設成為數字化的鋼材集中加工廠。