信息化钢筋加工厂技术探析

刘 畅 （中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

现阶段的钢筋加工机械产品的加工过程安全隐患极大，并且生产效率较低，加工方式单一，人力资源也较为浪费，在管理上的难度也非常大。智能自动化的钢筋机械加工，可以实现自动化的下料、尾料、加工、收集等工作，可以在很大程度上较少人力浪费，并且提高机械效率，随着技术的进步，钢筋加工机械产品的质量也越来越高[1]。但目前钢筋加工的管理方面，仍存在很多顽疾。钢筋加工机械产品的智能化单一，项目前期缺少对钢筋机械设备装备的整体组织和策划，过程中钢筋加工设备人为操控性大，且无法真实反映钢筋加工施工过程的进度、质量和成本控制，缺乏鉴证性和追溯性。

钢筋生产，涉及钢筋原材管理、优化套裁、进度管理、质量管理、物资追溯等，都是人为控制，随意大。依托智能钢筋加工机械设备的开发和应用以及信息化协同应用技术，建设钢筋生产管理系统平台，实现钢筋生产的计划性、精确性、连续性，以便全面、系统、有效的提升智慧钢筋加工厂智慧管控。

1 钢筋加工厂设计研究技术

高铁预制箱梁钢筋加工厂，智能钢筋设备的加工主要涉及两大类：棒材剪切、弯曲，线材的调直、剪切、弯曲。按功能部位主要有钢筋原材区、钢筋加工区、成品存放区（计量货架）等，针对不同区域进行合理规划布设，通过互联网实现钢筋加工车间和信息化管理平台的数据通讯，系统协调，并以此来指导钢筋成型生产加工，为信息化钢筋智能加工流水线设计奠定基础。

1.1 钢筋生产线设计

①棒材、线材生产线规划

棒材、线材钢筋加工主要考虑箱梁生产能力、不同规格钢筋使用量大小、设备产能及钢筋弯制难易程度等，合理规划原材存放、智能钢筋加工设备、成型钢筋存放三者空间布局，并考虑满足成型钢筋生产和存贮能力。

②加工设备智能化

智能钢筋剪切中心宜PLC程序控制，人性化的电器控制系统，易于调整和操作，在使用过程中根据生产产品的规格输入长度，一键启动，即可完成钢筋的定尺定位，翻料动作，并且根据设定可把钢筋放在不同位置和料仓。智能钢筋弯曲中心宜配备定位系统的弯曲主机可同时移动，效率更高。弯曲长度可自由定尺，伺服控制、柔性钢筋锁紧机构，确保精度，智能化程度大幅降低操作工人劳动强度，提高生产效率[2]。

1.2 计量货架设计

计量货架，即钢筋半成品称重台架，主要由型钢制作柔性骨架、称重传感器及可调节支撑装置组成，用于同种钢筋型号的成型钢筋半成品存放。

图1 单套计量货架示意图

图2 可调节计量支撑装置模型

2 信息化管理平台建设技术

2.1 基于信息化钢筋智能流水线施工技术

①通讯数据对接

通讯数据的对接，主要解决的是两个环节的问题：第一、基础数据要完整，不能有缺失；第二、根据双方制定的规则，按照约定格式、顺序对基础数据进行有序整理，之后再进行传输。

钢筋料单翻样技术实际上是要解决基础数据准备的问题，具备这个基础之后，才能够通过智能设备的对接，将数字化信息直接导入钢筋加工设备来指导生产。通过将高铁箱梁图纸根据既定要求翻样成数字化钢筋下料单，使之可解析、可传递，为钢筋管理数据源奠定基础。通过将传统钢筋加工哑设备附加智能控制盒，以4G或wifi方式连接工业物联网平台，使钢筋任务数据可下发及钢筋加工状态可上传。通过翻样技术，输出基于机械可识别的标准化料单，并上传到云平台中。根据设备产能、工况、性能指标，以及钢筋工厂设备布局、人工效率等实时采集上传云平台。

②云平台管理

使用工业物联网网管连接，并保证通信线路稳定、安全，完成云平台与传统加工设备的连接，通过云平台可针对料单及采集数据进行统一管理。

③生产管理模块管理

通过云平台中生产管理模块，输出断料最优的加工方案，并根据生产计划以及设备的产能情况快速进行排产，柔性调配钢筋加工任务，充分调动闲置资源，使钢筋工厂整体产能最大化。

通过翻样技术，实现钢筋工厂内钢筋加工任务的数字化转换，生产任务数据经过生产管理模块，可对多项目的任务进行汇总，并根据设定的完成时间计算优先顺序，实现统筹调度管理，在办公室完成任务的汇总、分类、下发指定设备生产的一系列操作，保证生产计划按需有序执行。在数据汇总之后，针对棒材加工任务，系统内将按直径分类后进行优化套裁，计算出最合理的剪切套料组合，减少原料浪费。

在计划排产过程中，根据成品加工计划，系统内会自动计算出物料清单和加工设备（由成品倒推出原料的需求规格、数量；同时会分配出加工设备的路线流程，比如弯曲下料4m的棒材钢筋，系统会分配到棒材弯曲设备并分配上游剪切下料工艺的剪切设备），并据此计算原料的库存情况，对原材库存进行预警。

④设备生产管理

钢筋加工设备接收云平台输出的数据，并依据加工方案进行加工，生产过程的每笔数据都会上报至云平台。

智能钢筋设备具备网络化管理能力，将设备的操作终端，由单纯的操作设备，升级为工人与办公室管理中心的交互媒介，并借此实现了生产设备与系统服务器之间网络数据的双向通讯，工人可以直接通过局域网获取服务器上的远程任务，按照计划人员的排产顺序进行生产加工，系统服务器针对每个任务的完成量、废品量的关键指标进行及时采集和存储，数据汇总后，能够根据设备机台、操作工人等类别进行效能统计和比对，便于实现精细化管理。

⑤结果反馈

由于钢筋加工各生产环节的基础数据进行了采集数据，反馈至云平台，通过汇总历史数据，形成分析报表，分析总体加工进度情况、产能情况等，为生产管理者提升产能，实现对管理决策的数据支撑。

基于以上可供机械识别的标准化数据格式、云平台、智能型PLC钢筋设备一体化解决方案，实现成型钢筋生产精细管理，有效的提升钢筋加工厂加工过程中所涉及的材料管理、设备生产管理、工艺质量管理、成品管理，确保最大程度减少物料损耗，形成一套集数据采集生成、计划执行、实施监控、结果反馈为一体的钢筋加工智能流水线施工技术。

图3 信息化钢筋加工流水线循环图

2.2 原材物料管理

就原材料管理采用了二维码+货位编码的管理模式，配合人工校核及时且准确的统计原料的数量和存放的货位，上传在信息化管理平台，方便后期的原料的取料与原料数量的盘点。此外，还实现了对生产成品所需要的原材料进行量化测算，能够指导原料采购计划制定的合理性[3]，避免停工待料的情况出现。

针对原料的管理主要涉及两个层面：一方面是针对采购计划的制定；另一方面则是针对已入库原料的检验、领用、盘点等环节的管理。采用原料出厂自带的二维码料牌作为原料的唯一身份标记，对原料的理论数量、重量进行监控。

结合现场的实际情况，增加了对余料入库、出库的管理，同时提供对定期盘点、损益、调拨等功能的支持，并可以形成对应的单据报表。

2.3 成型钢筋物料系统管理

针对钢筋半成品采用成型钢筋物料系统及计量货架+台位号的管理模式，钢筋物料系统由工业一体机和多个计量称重货架组成，台位号按钢筋不同直径进行排序。工业一体机采集计量称重货架钢筋重量，通过有线、WIFI或4G网络传输至云平台，做到成型钢筋出入库货架，实现在平台内记录钢筋应用编码，实现了对计量货架上的成型钢筋的批量管理，达到钢筋原材追溯的管理目的。

图4 成型钢筋物料系统原理

3 技术优势及特点

该项技术最大优势，减轻劳动者作业强度，提高作业效率，提高钢筋加工成型质量，减小材料损耗，降低工程施工成本，提高施工企业核心竞争能力，满足绿色建筑施工的发展要求[4]。

对钢筋加工组织管理流程进行变革。

传统钢筋加工流程如下：

算量→钢筋翻样→生产计划→材料采购→钢筋加工→成型钢筋出入库→安装

特点：管理流程长，涉及人员多，钢筋量大，规格多，材料盘点等实际管理工作麻烦。

基于信息化钢筋加工流程如下：

特点：大大减化管理流程，统计效率大大提高，人员减少。

4 结语

通过铁路预制梁场基于信息化钢筋加工厂技术研究，实现对远程任务下发、生产监控、物资追溯等核心管理问题的信息化控制，根据实际的管理需要将原有业务划分为一系列功能模块，配合分级、分角色的权限控制，实现信息平台内部各业务的审批流程控制，充分发挥信息化管理平台的中枢指挥作用。

该项技术依托张吉怀铁路永定制梁场进行研发应用、改进和完善。对铁路预制梁场生产具有里程碑的指导意义，达到国内领先水平，同样可应用于其它建筑类钢筋工程，具有广阔的应用空间。