建设数字化钢材集中加工厂的探索及实践成果

石磊

（中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司，北京 100032）

1 案例分析

1.1 案例概况

重庆轨道交通18号线北延工程位于重庆市渝中区和九龙坡区，该工程项目作为重庆市2021年轨道交通186 km续建项目、198 km第四期项目之一，线路东起小什字站，西至18号线工程（富华路～跳磴南）富华路站（不含），线路全长10.61 km。建成后的工程项目对进一步加密渝中区轨道交通线网，有效缓解化龙桥、大坪、菜园坝等片区交通拥堵，促进区域经济社会发展起着至关重要的作用。但是，由于18号线北延工程各施工工地处于该市渝中区繁华地带，施工场地狭小，可利用空间少，若不提前谋划部署，未来钢材供应问题将极大地制约工程建设进度。因此，按照业主招标文件要求，18号线北延工程施工总承包部提前谋划、周密部署，统筹建设了中国交通建设股份有限公司重庆轨道交通18号线北延工程钢材集中加工厂。

1.2 钢材集中加工厂选址

中国交通建设股份有限公司重庆轨道交通18号线北延工程钢材集中加工厂（以下简称钢材集中加工厂）选址位于重庆市渝北区龙兴镇腾云路5号，占地面积9 412.10 m2，主要提供和满足重庆轨道交通18号线北延工程构成工程实体的钢材、型材、管材、构件等材料的深加工及配送。为顺应中国制造2025以及工业4.0的发展理念，自项目规划阶段便引入了大量先进的理念和创新技术。钢材集中加工厂全部选用国内领先的技术和装备，全线配套建科机械（天津）股份有限公司的智能钢筋加工生产线，以及数字化全流程管理软件系统，着力打造以高自动化、高信息化钢筋装备为依托，深度融合信息化管理平台的“153”（一个目标，5个功能，3大成果）型“智慧钢材集中加工厂”。

2 建设数字化钢材集中加工厂的目标

2.1 实现工厂化，促进全局统筹

围绕一个目标的中心思想，钢材集中加工厂房建设办公区、原材料堆放区、合格品区、加工区、成品及半成品堆放区5大模块区域，涵盖办公、调度控制、原材料堆放、全机械化加工、成品及半成品存放、集中配送6大功能，以全信息化流程为重要抓手，串联成为一体式工厂化产业链，其科学布局、功能齐全、排布有序的特点，在节约施工现场空间，大幅度提高钢材集中大批量加工生产的同时，采用先进自动化数控设备有效把控钢材现场加工安全隐患，减少噪声污染。智能控制系统，针对各类订单优化套裁，最大效率规划原材料综合利用，大幅度降低损耗率的目标。需求单位得到产品质量保证的同时，还可享受24 h的供货服务。

2.2 实现机械化，达到高效生产

为进一步保障钢材集中加工厂全天候的高效生产，采用了全智能数控钢筋生产流水线，全过程流水化加工作业。

数控钢筋弯箍机，该设备为直条和盘条两用型设备，可加工大圆弧的箍筋，具有直条联动计数机构及多任务钢筋优化功能，可以最大限度利用整根直条钢筋[1]。

数控立式钢筋弯曲中心，能与剪切线联动生产，可实现双向弯曲，实现弯曲大圆弧角度，气动夹紧装置，加装伸缩夹紧机构，满足小中断的钢筋加工。

数控钢筋锯切套丝生产线，该设备具有自动锯切套丝功能，锯切后可直接自动进入套丝机构，锯切钢筋截面平整无马蹄口，加工速度快，尺寸精准。

数控钢筋剪切生产线，可将热轧带肋钢筋进行高质量剪切、输送、存储及加工，并将各加工工序形成电脑控制的加工流水线，该设备产量大、精度高，可与数控弯曲中心进行联动生产。

数控钢筋网焊接生产线，纵筋横筋双盘条上料，精确数据定位，减少浪费，提高效率，横筋间距无极调整，可根据实时数据计算设备产能以及工作效率，实时预警信息，减少故障排查时间，预防设备和人身的安全问题。

数控斜面式钢筋弯曲中心，实现高精度PLC控制，高效率使用，高耐用设计，斜面式工作面结构，上料、下料操作方便安全，曲柄式钢筋托起移送机构的设计，操作便利。适合加工大尺寸图形钢筋。

以上设备均为全机械化加工，极大地节约了人工成本，提高了生产效率，降低了关键工序的人力资源成本，生产统计误差进一步减小，可控精细化管理和成本控制得以实现。

2.3 实现智能化，做到科学管理

智能控制软件能够满足多客户、多项目任务同时录入，根据需求时间对生产任务进行分类和合理排产，提高加工设备利用率，减少闲置时间。管理者可通过PC端实时监控设备运行情况，实现综合统筹管理，创造规模效益。

信息化管理平台通过BIM平台对接，完成钢筋订单数据的快速生成，技术人员只需对钢筋订单做审核。 平台根据钢筋生产工艺的分析，自动对生产数据进行拆分，从而实现设备的自动排产和生产顺序的安排，达到集中生产提高生产效率的目的。

通过钢筋料牌的应用，实现管理人员和生产工人的生产安排和数据交接。

通过信息化平台和数控钢筋设备的信息交互，完成生产数据的下发以及设备生产情况的统计，方便管理人员及时掌握现场生产状况、设备运行状况以及订单的生产进度[2]。

2.4 实现信息化，确保精确把控

生产全流程数据通过控制中心大屏幕展示，使得所有钢材加工、生产和进程实现可视化，便于管理者根据钢材加工的实际情况适时调整生产任务。软件的应用使各方人员通过原材管理、库存管理、设备管理、计划管理、订单管理、余料管理、生产管理、统计管理、配送管理等全流程信息化管理实时掌握加工厂各类信息，及时对生产管理工作进行优化调整。

2.5 实现数字化，开展全面分析

系统通过数据分析自动生成各类直观的可视化图表供管理人员进行有效决策，并按照信息种类的不同，自动将原材料进厂、库存、排产、加工、出货、废料、余料等各种数据自动归集，便于数据统计。系统还具有“数据安全临界”预警功能，可确保数据准确性及可控性，避免人为数据统计误差，提高管理效率。

3 建设数字化钢材集中加工厂的成果

3.1 可追溯性管理成果

通过二维码信息联网实现对钢筋产品的唯一标识管理，系统通过网络全程记录钢筋物料从原料到加工再到出入库交接的全部流程，能够在云端精准记录钢筋原材料厂商、炉批号、加工参数、质量检验等关键信息，实现产品质量的全生命周期可追溯性。

3.2 工艺管理成果

工艺管理成果指的是钢材集中加工厂在工艺卡片、工艺标准化等方面取得的阶段性成果。本文在总结多年项目经验基础之上，对钢筋生产工艺进行了二次深化设计，科学梳理各类型钢材加工工艺，并形成了工艺管理标准化设计。针对工厂化生产形成完整的工艺路线设计，将管理节点转化为可控单据，实现流程清晰、过程可控的完整流程，从而显著提升了综合生产功效和产品质量。

3.3 安全、质量环保管理成果

通过设备自动化、智能化的提升，有效地减少了生产环节中的人员参与，降低了安全隐患和安全风险，同时，也极大地简化了生产和管理流程，进一步降低了人工在生产过程中的参与度。

此外，成套的智能钢筋加工设备，彻底扭转了传统钢筋加工过程中大量依赖小型机具的被动局面，通过高精度伺服、程控技术的应用，不仅显著地提升了产品质量，还淘汰了能耗较高的落后装备，实现了技术装备乃至行业的转型升级。

从钢筋装备技术升级和信息化全生命周期管控入手，在常规数控设备基础上定向升级和优化。一方面，加工自动化得到提升，生产环节实现无人值守，搭载云端总控系统，以数字驱动生产进行远程调度，生产及管理的综合降低人工需求达到40%以上，真正实现高效和精准生产；另一方面，工厂内的主要生产设备均与总控室实时通信，不仅实现网络下达生产任务，还能够动态采集设备上的生产执行数据，让工厂生产实现数字化、透明化，信息化手段大大降低沟通成本，提升管理质效。通过信息网络连接，搭建信息化统筹调度平台，生产加工订单管理、翻样管理、计划排产管理、棒材优化套裁管理、钢筋原材料的出入库管理、成型钢筋的出入库管理、运输管理、各类报表数据分析等方面均能以数字化形式呈现，资源配置更加科学、问题分析更加精准，运营管理更加便捷。

钢材集中加工厂依靠万物互联的智能控制云，配合总控系统的云端计算决策、大数据采集分析，实现钢材加工从生产、物料、质量、设备全流程数字化管理。

4 数字化钢材集中加工厂要实施统一规划与管理

统一规划与管理是钢材集中加工厂建设数字化过程中的纲领，要有统一的规划和管理，才能引导各个部门进行数字化建设，实现信息资源的互联互通，实现资源共享，避免重复建设现象的出现。而“应用主导”和“面向市场”才是钢材集中加工厂建设数字化的内在动力和重要手段，数字化建设重在信息技术的普及和应用，更注重数字化建设的效果。为此，在规划管理上，重庆轨道交通18号线北延工程钢材集中加工厂还需要加强以下几个方面的工作：

1）建设钢材集中加工厂数字化工作管理网络。该数字化工作管理网络主要分为以下3个层次。第一个层次由钢材集中加工厂的综合管理部门负责全厂的数字化建设整体规划和协调工作；第二层由钢材集中加工厂的生产部门主要负责数字化建设推进过程中的具体工作，并协助综合管理部门对各部门的数字化建设工作进行指导。这一过程是十分重要的，因为建设数字化钢材集中加工厂并不是一件简单和孤立的事情，而是与各部门之间紧密相连的，最终的建设成果可以对各个部门的工作效率和水平的提升具有一定的促进作用；第三层由车间各部门落实建设数字化的实现方法。

2）对钢材集中加工厂建设数字源进行部署，实现各项资源的合理配置，避免各自为政现象的产生。主要负责数字建设化的部门应当制订长期或者短期的目标，长期目标可以是3年计划，短期目标可以是季度或者是月度计划，各个部门在此基础上再制订详细目标，但是在具体的计划过程中，既要能结合钢材集中加工厂的实际情况，又能体现自身建设数字化的个性特点。

5 结语

综上所述，建设数字化是加快企业现代化发展的必然趋势，是企业在激烈市场环境中站稳脚跟的必由之路，中国交通建设股份有限公司重庆轨道交通18号线北延工程作为促进我国轨道交通行业领域的重要支柱，通过建设数字化可以实现钢材生产设施设备数字化、钢材生产流程数字化以及决策者决策的数字化，最终建设成为数字化的钢材集中加工厂。