鋁幕墻智能制造技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要：鋁幕墻作為一種常見的建筑外觀裝飾材料，其產(chǎn)品具有多品種小批量的特點(diǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，屬于人員密集型行業(yè)。基于此，研究鋁幕墻智能制造技術(shù)的應(yīng)用，通過引入智能制造技術(shù)，可提高生產(chǎn)效率、減少人力成本，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。采用視覺識(shí)別、自動(dòng)化設(shè)備、參數(shù)化編程等智能制造技術(shù)，對鋁幕墻制造過程進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，智能制造技術(shù)可以顯著提高鋁幕墻生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品可靠性。

關(guān)鍵詞：鋁幕墻；智能制造技術(shù)；生產(chǎn)效率；產(chǎn)品質(zhì)量；可靠性

中圖分類號(hào)：TU767;TU17" " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " "文章編號(hào)：2096-6903（2024）11-0013-03

0 引言

鋁幕墻是一種外墻裝飾材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、辦公樓和住宅等建筑中。傳統(tǒng)鋁幕墻制造過程通常需要大量人力和物力投入，不僅工期長、效率低，且容易受到客觀因素限制，而鋁幕墻智能制造技術(shù)為解決這些問題提供了一種新的解決方案。

鋁幕墻智能制造技術(shù)采用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)材料自動(dòng)下料、加工、組裝，大幅度提高生產(chǎn)效率。智能制造技術(shù)還能通過數(shù)字化設(shè)計(jì)和模擬仿真，優(yōu)化鋁幕墻結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著鋁幕墻智能制造技術(shù)不斷應(yīng)用，其在建筑裝飾領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，智能制造技術(shù)引入將帶來更高效的鋁幕墻產(chǎn)品，為建筑行業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

基于此，本文將以鋁幕墻智能制造技術(shù)的應(yīng)用研究為主題，探討其對鋁幕墻制造過程的影響。通過深入研究，旨在為鋁幕墻智能制造技術(shù)應(yīng)用提供有益的參考和借鑒[1]。

1 鉛幕墻概述

以鋁幕墻中最基礎(chǔ)的形狀平板為例，一個(gè)鋁幕墻分為面板、角碼、加強(qiáng)筋等主要零部件。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要，形狀上可以是L形、U形、異形、單雙曲等，尺寸上長、寬、高都是可變的。角碼、加強(qiáng)筋也需要根據(jù)需要有不同的長度、高度、位置。

鋁幕墻現(xiàn)今工藝還是比較傳統(tǒng)的制造方法。該流程主要包括開卷、開料、折彎、組裝（鉚接角碼連接件和組裝加強(qiáng)筋）、焊接以及打磨等工藝步驟。折彎是一道分水嶺，折彎前基本上設(shè)備生產(chǎn)為主，人員操作為輔。折彎后人員為主，設(shè)備輔助作用。這就造成了幕墻行業(yè)屬于人員密集型，比較依賴人員的水平，自動(dòng)化程度低等問題[2]。

2 鋁幕墻定制化產(chǎn)品的重難點(diǎn)

隨著建筑行業(yè)快速發(fā)展，鋁幕墻作為一種現(xiàn)代建筑外墻裝飾材料，越來越受到市場的青睞，與傳統(tǒng)的磚石建筑相比，鋁幕墻具有輕質(zhì)、美觀、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在高層建筑和商業(yè)綜合體中廣泛應(yīng)用。而鋁幕墻定制化生產(chǎn)卻面臨著各種重難點(diǎn)，特別是在多品種小批量生產(chǎn)和產(chǎn)品切換方面。

鋁幕墻的定制化生產(chǎn)需要滿足多品種小批量的需求，這意味著生產(chǎn)過程中需要處理不同規(guī)格、顏色、形狀的鋁材，相比于大規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，多品種小批量生產(chǎn)需要更高的生產(chǎn)柔性和加工精度。例如：在生產(chǎn)過程中需要根據(jù)客戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和定制，包括板材尺寸、孔洞位置和形狀等，這就要求生產(chǎn)線具備高度的智能化水平，以滿足不同產(chǎn)品的需求。生產(chǎn)過程中還要考慮到不同鋁材的強(qiáng)度和耐腐蝕性等因素，確保產(chǎn)品的安全性。此外鋁幕墻定制化生產(chǎn)還面臨著頻繁的產(chǎn)品切換問題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于客戶需求的多樣化和市場變化的快速性，鋁幕墻的設(shè)計(jì)和款式往往需要經(jīng)常調(diào)整，但頻繁的產(chǎn)品切換會(huì)給生產(chǎn)線帶來各種挑戰(zhàn)，如何快速地完成產(chǎn)品切換成了一個(gè)關(guān)鍵問題。其需要生產(chǎn)線具備高度的靈活性和自動(dòng)化水平，以減少人工操作和提高生產(chǎn)效率。還要加強(qiáng)與設(shè)計(jì)部門和供應(yīng)鏈的溝通協(xié)作，及時(shí)獲取最新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和材料信息，以確保產(chǎn)品切換的順利進(jìn)行[3]。

3 解決措施

生命周期是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)組成的鏈?zhǔn)郊稀Ｉ芷谥懈黜?xiàng)活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)、相互影響。

3.1 設(shè)計(jì)階段中的智能設(shè)計(jì)

智能設(shè)計(jì)在鋁幕墻設(shè)計(jì)階段中扮演著重要的角色，本文以基礎(chǔ)平板為例，分為方形、L形、U形、弧型板。這些版型是整個(gè)鋁單板中最基礎(chǔ)的，無論多復(fù)雜的變形基本上都是從這幾種身上延伸而來。設(shè)計(jì)端是整個(gè)全生命周期的最前端，這個(gè)階段的智能化直接決定后面的成敗。

為了應(yīng)對這個(gè)挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)中引入離線編程和參數(shù)化編程。離線編程技術(shù)是在計(jì)算機(jī)上預(yù)先設(shè)計(jì)和模擬出加工路徑，并通過數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工的一種方法。通過離線編程實(shí)時(shí)模擬加工狀況，提前進(jìn)行修改和反饋實(shí)現(xiàn)對鋁單板的精確加工，大大提高了加工的準(zhǔn)確性[4]。

離線編程是一種低配版的數(shù)字孿生技術(shù)，虛擬與現(xiàn)實(shí)還需要人工進(jìn)行對接，但在數(shù)字孿生還不成熟的現(xiàn)在是比較合適的方案。參數(shù)化編程則需要建立數(shù)據(jù)庫，利用龐大的數(shù)據(jù)體量培養(yǎng)參數(shù)化編程，對已經(jīng)出現(xiàn)過的版型可直接提供板材的參數(shù)自動(dòng)生產(chǎn)圖紙與生產(chǎn)表格，人工審核無誤后可自動(dòng)編程反饋到加工設(shè)備中。這兩種方法相輔相成，參數(shù)化編程簡單，但只適合在數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)品。離線編程繁瑣，但對于第一次出現(xiàn)的版型就需要離線編程進(jìn)行模擬，形成了新的工藝數(shù)據(jù)之后就可以加入數(shù)據(jù)庫之中。參數(shù)化編程和離線編程相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)多品種小批量的智能化設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]。對每塊板給予了一個(gè)對應(yīng)的二維碼，貫穿全生命周期，每個(gè)不同的什么周期掃描會(huì)得到不同的結(jié)果。

3.2 材料加工階段中的智能生產(chǎn)

鋁幕墻智能制造流程是一種高效的制造方法，能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。該流程主要包括開卷、開料、折彎、組裝（鉚接角碼連接件和組裝加強(qiáng)筋）、焊接以及打磨等工藝步驟。

3.2.1 開卷工藝

開卷工藝又分為上料、展開、校平、覆膜定長、裁剪、碼垛等工序。上料是采用智能行吊，在傳統(tǒng)行吊的基礎(chǔ)上增加了傳感器識(shí)別定位與倉管系統(tǒng)聯(lián)合作業(yè)精準(zhǔn)抓取鋁卷。展開、校平、覆膜、定長、裁剪、噴碼、碼垛皆在開卷線上完成如下圖，可以根據(jù)圖紙要求裁切不同尺寸的板材。整體基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化下料。

3.2.2 開料工藝

開卷工藝主要有激光和塔沖兩種方式，相較于傳統(tǒng)設(shè)備配備自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)。AGV將開卷碼垛好的板材送到上料工位。激光或數(shù)沖按圖紙進(jìn)行開料。開完料后將板材送至指定位置貼標(biāo)分揀，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

3.2.3 折彎工藝

相較于傳統(tǒng)的折彎會(huì)配備機(jī)器人組成機(jī)器人折彎單元，整個(gè)動(dòng)作分為上料、定基準(zhǔn)、折彎、碼垛等動(dòng)作。開料完成分揀后由AGV將開料碼垛好的托盤送至上料位，機(jī)器人抓取鋁板定基準(zhǔn)折彎，部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)需要翻面因此會(huì)有翻面架等結(jié)構(gòu)。整個(gè)折彎動(dòng)作基本由機(jī)器人完成，精確的折彎角度和力度控制，以確保每塊鋁材料的形狀一致[6]。

3.2.4 組裝工藝

該步驟分為鉚接角碼連接件和組裝加強(qiáng)筋兩個(gè)部分。鉚接角碼連接件是為了連接建筑龍骨將鋁單板安裝在墻上，通過使用鉚釘將它們固定在一起。組裝加強(qiáng)筋則是為了增加幕墻的穩(wěn)定性，將鋁材料與加強(qiáng)筋進(jìn)行組合。整個(gè)工序分為種焊釘、裝加強(qiáng)筋、鎖螺母3個(gè)部分。不同單元通過機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)，專機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的加工，附件原材料有相關(guān)人員配好料運(yùn)送。整體自動(dòng)化程度比較高。

3.2.5 焊接工藝

工作人員要焊接鋁板折邊對接部位將整個(gè)鋁板變成一個(gè)整體，增加整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及防水性，焊接采用焊接機(jī)器人結(jié)合視覺的方式，能夠準(zhǔn)確識(shí)別焊縫位置，確保焊縫的強(qiáng)度。

3.2.6 打磨工藝

該步驟旨在增加幕墻表面粗糙度，去除焊接過程中產(chǎn)生的瑕疵，打磨采用液壓打磨頭配合機(jī)器人工作站全方位，擁有力矩傳感器實(shí)時(shí)控制力的大小貼合板面，確保每塊幕墻的表面質(zhì)量達(dá)到要求。

3.3 樣板加工階段中的智能物流

智能物流在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，能提高生產(chǎn)效率，減少人力成本，并保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在鋁幕墻樣板加工階段，智能物流應(yīng)用也得到了廣泛地應(yīng)用。

3.3.1 采用了自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）進(jìn)行物料調(diào)度

AGV是一種能夠自主運(yùn)行的無人駕駛車輛，能根據(jù)預(yù)設(shè)的路徑和指令，在工廠內(nèi)部將物料從一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)送到另一個(gè)地點(diǎn)。在鋁幕墻樣板加工過程中，將板材放置在AGV上，并設(shè)置目的地，AGV就能自動(dòng)將板材準(zhǔn)確地送到所需的位置，大幅度提高了物流的效率和準(zhǔn)確性，減少了人為因素帶來的錯(cuò)誤。

3.3.2 為每塊板材添加二維碼

二維碼是一種能夠存儲(chǔ)大量信息的編碼方式，通過掃描二維碼，獲取到板材的相關(guān)信息，如尺寸、材質(zhì)、項(xiàng)目號(hào)等，這些信息被倉庫管理系統(tǒng)讀取和解析，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存儲(chǔ)。倉庫管理系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前庫存和訂單需求，智能地將板材進(jìn)行儲(chǔ)存，記錄每塊板的位置，方便AGV存儲(chǔ)和調(diào)取使得利用率最大化，提升效率。這種智能的排料方式不僅提高倉庫空間的利用效率，還節(jié)約了人力和材料成本。

3.3.3 采用MES系統(tǒng)來派發(fā)任務(wù)和指派工作

MES系統(tǒng)是一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程的信息系統(tǒng)，它能夠根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求，自動(dòng)派發(fā)任務(wù)給相應(yīng)的工作站。在鋁幕墻樣板加工階段，MES系統(tǒng)可以根據(jù)訂單需求和板材的狀態(tài)，智能地安排加工任務(wù)，并將任務(wù)分配給具體的工作人員，AGV接受命令后可將物料自動(dòng)送到指定位置，提高生產(chǎn)的靈活性和響應(yīng)速度[7]。

3.4 運(yùn)營階段的智能監(jiān)測

在銷售階段，智能監(jiān)測技術(shù)幫助銷售人員更好地了解鋁幕墻板材的信息，提供全面的產(chǎn)品介紹和技術(shù)支持。通過在板材上貼上二維碼，銷售人員通過掃描二維碼獲取詳細(xì)的產(chǎn)品規(guī)格、安裝指南等信息，為客戶提供準(zhǔn)確的解決方案和建議。智能監(jiān)測系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)記錄銷售情況，包括銷售數(shù)量、銷售地點(diǎn)等，為企業(yè)制定銷售策略和市場分析提供參考依據(jù)。

在服務(wù)階段，智能監(jiān)測技術(shù)幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的質(zhì)量問題。在鋁幕墻板材的生產(chǎn)過程中，每個(gè)工序都有相應(yīng)的人員負(fù)責(zé)，智能監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)工序的操作情況和質(zhì)量控制指標(biāo)。如果出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)警并記錄相關(guān)信息，以便于企業(yè)進(jìn)行追溯和整改。智能監(jiān)測系統(tǒng)還可以生成數(shù)據(jù)報(bào)告，反映工序人員的工作效率和質(zhì)量水平，為企業(yè)的管理決策提供參考。

在售后階段，智能監(jiān)測技術(shù)幫助企業(yè)提供更加高效和準(zhǔn)確的售后服務(wù)。通過在鋁幕墻板材上貫穿二維碼，客戶方便地掃描二維碼獲取售后服務(wù)平臺(tái)的信息。在售后服務(wù)平臺(tái)上，客戶提交問題反饋，并通過二維碼查詢到該板材的生產(chǎn)記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果。這不僅可以提高客戶的滿意度，還幫助企業(yè)及時(shí)解決質(zhì)量問題，提升產(chǎn)品的可靠性和信譽(yù)度[8]。

4 技術(shù)展望

傳統(tǒng)的鋁幕墻制造流程通常需要大量的人工操作和復(fù)雜的測量，不僅增加生產(chǎn)成本，還存在質(zhì)量控制難度大的問題。而隨著智能制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，離線編程已經(jīng)成為一種趨勢，通過將機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺和自動(dòng)化控制等技術(shù)應(yīng)用于鋁幕墻制造過程中，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的自動(dòng)化操作，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

離線編程只是鋁幕墻智能制造技術(shù)的起點(diǎn)，未來數(shù)字孿生將成為鋁幕墻制造的新趨勢。數(shù)字孿生是指通過虛擬仿真技術(shù)，將真實(shí)世界中的物體或過程與虛擬世界中的模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的復(fù)制和交互。在鋁幕墻制造中，數(shù)字孿生可以將實(shí)際生產(chǎn)線上的工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信息數(shù)字化，通過模擬和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的智能控制和管理。

5 結(jié)束語

隨著人們對建筑外觀要求的提高，鋁幕墻作為一種現(xiàn)代建筑立面材料，逐漸受到了廣泛關(guān)注。經(jīng)過鋁幕墻智能制造技術(shù)應(yīng)用研究表明，其在提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能方面具有巨大潛力。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，生產(chǎn)成本持續(xù)降低，鋁幕墻智能制造技術(shù)有望在建筑行業(yè)中得到更廣泛地應(yīng)用，并為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2024-05-14

作者簡介：熊子良（1992—），男，江西南昌人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與自動(dòng)化。