智能 PC 构件自动化生产线介绍

智能PC构件自动化生产线简介0前言随着现代科学技术的不断进步，面对快速建设发展的需求，混凝土生产需要向高效率、高性能、多功能和智能化方向发展，用于建造混凝土预制件的设备趋于大型化和复杂化势在必行。资料显示，发达国家混凝土工程中预制件的比例占35%~50%，说明预制装配技术仍是建筑工业化的一个重要组成部分。在我国，进入21世纪后对于日益发展的建筑市场，现浇结构体系所存在的弊端日趋明显化。面对这些问题，结合国外住宅产业化的成功经验，我国建筑行业再次掀起了“建筑工业化”、“住宅产业化”的浪潮，在混凝土的制备、特性和应用上取得了研究和应用成果。在混凝土预制装备的研究上也取得长足的进展。随着我国城镇化的快速发展，住宅需求量增加，混凝土部品部件的快速生产成为一大需求。而就我国目前而言，还存在着混凝土生产效率低、生产质量差、生产设备简单、智能化程度较低等问题。甚至是现有的大型智能化混凝土生产设备全依赖于国外进口。因此，迫切需要研制一种能适应我国需求的混凝土构件生产装备，以利用其高效、高质量、低强度、清洁等技术优点，提高我国混凝土制备水平。本文以德国EBAWEAnlagetechnikGmbH生产的大型智能PC构件自动化生产线为基础，介绍了混凝土构件预制生产线的结构组成、工作原理、工艺过程，分析了生产线中蕴含的微观物流过程、信息控制原理等内容，为提高我国大型智能PC构件自动化生产线的设计制造提供基础。1大型智能PC构件自动生产线的关键设备图1是德国一种大型智能PC构件自动化生产线示意图。该成套设备技术生产线包括：原料处理区，主要有原料储存堆放、配料、计量、输送、搅拌等设备；钢筋网加工区，主要有自动化钢筋加工设备、焊接设备、自动钢筋配置和摆放机械手等；PC循环生产区，主要有托盘循环设备、托盘清洁装置和脱模剂喷洒装置、标绘器、置模机械手和拆模机械手、混凝土布料机（喂料机及密实装置）、翻转装置、垛架和提取设备、抹平装置、倾卸装置等设备；养护储存区，主要有混凝土养护设备（分布式养护室）、堆放和储运等设备；中央控制区，包括绘图、置模控制、钢构加工控制、配料搅拌控制和养护控制等。（1）托盘循环设备托盘由一个喷漆的抗振焊接钢结构和一个表面经抛光打磨的平面模板组成。在从托盘清洁直到PC构件固化、向外运输的整个过程中，模板托盘是作为PC构件的载体，在工作站之间移动，直到完成构件生产的各个生产步骤，如图2所示。托盘循环设备主要在循环流水线上以不同的自动化程度完成PC构件的生产，如复合楼板、双层保温墙体、实心墙体、轻质混凝土墙体和三明治夹心墙体以及外挂墙板。托盘循环通过各个工作站，直到制成混凝土构件。图1PC构件生产线示意图技术是在保证混凝土构件生产质量的前提下，获得最高的生产效率，即整个混凝土预制件物流生产过程所需时间最短。其中，所需时间除了各工作站生产加工时间外，还有托盘在各个工作站之间的运行时间和托盘循环系统的空间布置优化，使各个工序之间紧凑但互不干涉是整个系统空间布置优化的原则。（2）托盘清洁装置和脱模剂喷洒装置喷油装置用于将脱模剂喷洒在模板托盘的平面上，可以在整个模板平面或仅在用来制作PC构件的那部分平面上喷洒脱模剂。有固定式和移动式两种喷油装置可以选择，分别可提供固定式或移动式的托盘清洁装置（见图3）。托盘清洁装置通过托盘自动循环，清洁托盘的模板平面和模板边缘的挡板。在托盘清洁过程中，先用一个可以翻转的刮板，清扫模板平面上残余的混凝土，进行粗略清洁；然后，通过侧面旋转的圆刷，清扫侧面模板；最后，通过旋转板刷再次清扫模板平面。（3）标绘器、置模机械手和拆模机械手标绘器主要用来完成在托盘循环设备上划定预制构件具体轮廓的工作。它可根据控制系统提供的CAD数据，以1:1的比例把PC构件的形状与尺寸标绘在模板平面上。置模、拆模机械手主要完成边模的放置与拆卸工作。为提高自动化程度，机械手可实现从边模库中选择所需要的边模，把它们精确地放置在模板平面上，见图4。特殊的非标准化的边模填块，需要在附加工作站手工放置在模板上。拆模机械手通过扫描托盘识别出边模，把边模自动拣起。图2混凝土循环生产托盘图3托盘清洁装置图4边模机械手（4）自动化钢筋加工系统一条现代化的PC构件生产流水线，通常配置有自动化的钢筋加工系统（见图5）。钢筋加工配送中心对螺纹盘条进行自动化加工，然后根据中央电脑控制系统提供的数据，在横向和纵向上铺设钢筋和格构梁，同时还可以铺设支撑架或者不铺设支撑架。先进的自动化钢筋加工系统提高了生产效率、优化了生产流程、提高了加工尺寸精确度，把误差率降低到最小。（5）混凝土布料机混凝土布料机把混凝土浇筑到已装好边模的托盘内，布料机根据制作预制构件强度等方面的需要，把混凝土均匀地浇洒在模板上边模构成的预制构件位置内。混凝土布料机的操作，可根据所需的自动化程度采用手动式或者自动化操作。（6）密实及抹平装置密实装置主要对在模板上新浇筑好的混凝土进行密实，消除混凝土内部的气泡，确保混凝土良好的颗粒分布。该系统中可根据实际需要，提供水平振动式或水平振动和垂直振动组合式密实装置。抹平装置（见图6）主要使PC构件可视面的平滑程度达到最高要求。该系统采用垂直升降机精细抹平装置，主要由一个用于粗略抹平的整平圆盘和一个用于精细抹平的翼型抹平器组成。同时，该装置带有水平矫正板精细抹平装置，主要配合外部振动器，根据需要将混凝土层振动密实后，进行进一步抹平。（7）垛架和提升设备模板托盘浇筑好混凝土后被运送到养护架进行固化，预制件的堆垛通过全自动电脑控制的堆垛机械和提升设备进行。为了最优化利用车间面积，模板托盘叠放在养护垛架内，模板托盘通过堆垛机械和提升设备，运至到所需的架层，运入或运出。混凝土构件经过固化后，从养护架设备中运出，由提升横梁把固化好的构件从模板托盘中取出。根据构件类型，以水平或垂直状态提取构件。图5自动化钢筋加工系统图6混凝土抹平装置（8）倾卸装置及移动架利用倾斜装置把固化好的预制构件以垂直状态从模板托盘上卸出，以便于运输到安装工地。根据需要可选择具备向下移动功能的倾卸装置。移动架用于从模板托盘中提取已拆下模板的预制构件，移动架可将单个预制构件或已装入运输用框架的预制构件移至露天仓库。（9）养护室采用分布式养护室，可实现系统化、智能化、自动化，为成套设备混凝土标准养护提供条件，其结构示意图如图7所示，且具有如下功能：①养护室应用环行管道微孔送风和管道送雾，这种方式雾化密度高、雾点分布均匀，能够保证构件获得更好的养护效果。②制冷与制热设备放置在养护室外部，以避免潮湿空气对设备的腐蚀，延长设备的使用寿命、降低故障率、提高设备的可靠性。制热采用电热与热泵结合的方式，制冷系统采用变频技术。③采用高频震荡单头超声波雾化加湿器。这种设备性能稳定，可将水雾化为超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，具有喷雾均匀细腻、无噪音、节能、省电等优点。④养护室采用易于操作的温湿度控制器，能够提供精确温湿度数据。图7分布式养护室示意图2大型智能PC构件自动生产线工艺分析图8是大型智能PC构件自动生产线的流线。包括托盘流线、边模流线、钢筋流线、混凝土流线、信息和控制流线等。图8PC构件生产线工艺流线托盘流线是生产线的主线，该流线上布置了生产线上的大部分工艺过程，包括托盘清洗、划线、置模、钢构放置、预埋件放置、混凝土布料、密实抹平、混凝土养护、脱膜等工序。除了托盘清洗和划线工序外，托盘上的其余工艺都有边模的参与。因此，边模流线也是生产线重要的物质基础。钢筋流线包括钢筋矫直、切断、捆扎或焊接、钢构成型、机械手放置、混凝土布料、密实抹平、养护、脱膜、混凝土运至仓库等工序路线。混凝土流线包括物理储存、配料、搅拌、混凝土布料、密实抹平、混凝土养护、脱膜和混凝土运至仓库等工序路线。信息和控制流线是实现PC构件生产线各个工艺过程的经络，包括配料搅拌信息与控制、布料密实信息与控制、混凝土养护信息与控制、机械手划线置模信息与控制等。中央控制系统用于监控和控制整个流水线循环过程，对托盘的运动过程进行有效的安排和控制，对所有运行数据和运输过程实现优化，并能够实现故障信息自动检测和传输，通过远程维护模块进行实时分析和排除。所有信息都汇至中央控制中心，并由中央控制中心发出指令控制生产线沿途各个工艺。该中央控制系统可划分为若干个智能体，再把多个单智能体组成一个智能群体，并使各智能体能够有效地协作协调。依据实际混凝土预制机构控制系统的工艺要求和功能，在智能体辨识和建模的基础上，采用集中和分布相结合的异构混合型方式构建基于多智能体的混凝土预制机构控制系统结构模型。多智能体协同控制系统在有限时间和资源的约束下，可解决任务调配、动作协调、化解冲突等协作协调问题。基于多智能体的混凝土预制机构控制系统，可分析各智能体行为之间的相互影响程度，定位各智能体之间的相互约束条件，满足每个智能体对其他相关智能体的解耦或补偿的期望要求，并建立相应的协作、协调机制或方法。3结