新型装配式T梁工厂生产信息化管理技术研究

刘爱曦，曹志强 （安徽建工路港建设集团有限公司，安徽 合肥 230031）

1 前言

引入信息化管理模式已经成为行业发展趋势，国内大量工程建设了单独的信息化室，切实提高了管理效率，为工程的安全、品质奠定基础。然而国内信息化应用情况表明，装配式构件预制工厂的信息化管理仍处于初步发展阶段，基本实现了信息化，但智能化程度不高。未来应完善基于自动识别技术的信息采集系统，并将BIM 软件系统进行深化拓展，与预制工厂构件深化设计、生产加工、运输、现场安装、后续运维等流程中的数据信息相结合，建立一套以新信息化技术为支撑的管理系统，在横向上结合整个工程的其他协同方，在纵向上联系工程项目在长期的需求。基于此，本文通过剖析新型装配式T 梁工厂生产信息化管理关键技术，实现了工程建设领域的大数据积累和信息化集成，从而极大改善装配式T 梁生产行业生产品质与管理水平。

2 工厂智能化基本理论

2.1 企业信息系统架构

企业信息系统架构反映了一个企业的信息系统中各个组成部分之间的关系以及信息系统与相关业务、相关技术之间的关系。ISA-95 是企业系统与控制系统集成国际标准，由美国仪表协会制定，定义了企业商业系统和控制系统之间的集成，将企业信息系统构架划分为不同的层次，并且定义了不同层次所代表的功能。

第0 层：定义实际生产制造过程，代表生产设备。

第1 层：定义生产流程的感知和执行活动，代表各种传感器、变送器和执行器等。

第2 层：定义生产流程的监视和活动，代表各种控制系统和数据采集与监视系统。

第3 层：定义生产期望产品的制造运行管理活动，包括生产调度、详细排产、优化生产过程、维护运行和其他辅助过程。

第4 层：定义管理工厂或车间所需的业务相关活动，包括建立基本工厂/车间生产计划，资源使用、运输、物流、库存等的管理。

智能工程要求各层级网络的集成和互联，打破原有业务流程与过程控制流程脱节的局面，使得分布于各生产制造环节的控制系统不再是信息孤岛。

2.2 智能工厂架构

根据ISA-95，智能工厂架构在组成上主要分为企业层、管理层和集成自动化系统三大部分，对企业层生产的产品设计与生产过程实施统一控制，与ERP系统实现有效整合，以构建统一的顶层研发生产系统，企业管理人员、运行层、生产管理人员、现场管理层之间采用工业互联网（现场总线、工业以太网）实现联网，完成从生产管理到工业生产网络底层的连接（工业系统连接），以实现生产管理流程、监测产品现场过程、收集制造设备与生产原材料数据等的服务需求。

2.2.1 管理层——生产过程管理

管理层主要实现生产计划在制造部门的执行。管理层统一发布执行计划，进行生产计划和现场信息的统一协调管理。管理层通过MES 与底层的工业网络进行生产执行层面的管控。操作人员/管理人员提供计划执行的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态，同时获取底层工业网络对设备工作状态、实物生产记录等信息的反馈。

图1 智慧工厂的架构图

2.2.2 集成自动化系统

自动化控制系统的集成过程是从底层开始的、自下而上的，跨越现场层、管理层和操控层三方面，通过CPS 系统使用的TIA 技术整合现场制造装置，建立底层工业网络系统，在管理层使用PLC系统和企业自动控制软件，实现生产设备的集中管理；在操控层由管理人员对整个物理网络层的工作状况实施监视、管理。

3 基于订单制的信息管理技术框架

3.1 订单制管理模式

由于订单制明确了产品规格与供应数量，为信息化管理提供了便利，可以预设订单数据库，组织明确的生产计划，期间的管理目标、考评机制都较为明确，完整的订单制环节如图2所示。

图2 订单制循环流程

为保障桥梁构件全寿命周期的性能，需要建立构件完整的档案信息，根据生产订单编制生产及供应计划，将桥梁构件进行唯一编码，为后期的原材料、生产、质量检验等信息的归档提供基础，编码采用RFID和二维码双重方式。

3.2 信息模型框架

将数据信息分为三个数据库模块，即基础数据、生产数据和监控数据，基础数据包含人员信息、设备信息及物料信息等，生产数据包含构件加工的工序信息、进度信息、质量信息，监控数据包含对工厂安全、环境的监控信息，见图3。

图3 信息化管理系统数据库模块

基础数据服务于生产准备，提供生产条件及资源详情；生产数据服务于运行流程，提供进度与质量管理依据；监控数据服务于生产理念，提供安全生产、绿色生产、文明生产的支撑。

每一个数据模块管理是通过建立个体与信息单元的一一对应关系（例如将实体设备与其信息单元相对应、将实体构件与其信息单元相对应），从而实现对工厂每一个生产资源或流程的微观掌控。根据实际需求，可进一步对个体信息按照数据库内类别进行分组管理，例如将基础数据中的人员信息按照工厂生产区域或工作头衔级别进行分组，将生产数据中的构件信息按照结构类型或生产批次进行分组等。数据库模块内的分组管理可以将微观信息集中进行宏观呈现，满足管理层对工厂不同运行局部的信息管理需求。

3.3 智能分析框架

预制工厂信息化管理系统，除具备为管理者提供信息查询、分析及调取的被动功能以外，还应具备一套对系统数据库内信息进行智能化分析、异常信息的主动响应与反馈的预警机制。智能分析根据智慧化程度不同，共分三个阶段：

对关键信息的分析与呈现，包括质量、工期的情况以及人员、设备的状态情况等，使信息接收者能够直接发现信息存在的问题；

对单个信息进行深入分析，以预设的指标及检验标准分析各项管控内容的稳定程度，及时预见可能产生的风险；

对多个信息进行交叉分析，发现数据之间的深入联系，及时查明问题产生的原因，为管理提供决策辅助。

4 一体化信息管理平台

合枞高速一体化信息平台面向业主、监理、梁厂、设计以及安装施工等单位，需要满足各单位的管理需要，开发不同的资料存储、流转、展示等机制，故平台呈现内核相同、界面多样化的情况。考虑到日常操作便利性，需要对显示界面进行重设，重设又分别考虑前端和后端两类信息展示需求，设计相应的界面形态。

4.1 后端平台架构

后端平台主要搜集并展示的信息或功能按钮有构件信息库、生产线信息、环保监测管理、人员及设备信息、物料信息、试验检测、视频监控、人员基站定位、智能抓拍管理、系统管理。

人员及设备信息、物料信息、试验检测、人员基站定位由于信息种类庞大或专业性较强，跳转至单独的维护平台上。人员基站定位主要服务于隧道安全监控，系统管理内置常规账号维护。

4.1.1 构件信息库

构件信息库主要用于构件二维码的保存以及梁位索引，由于工厂内预制T梁各存储位置时刻变动，采用信息化手段快速锁定梁体的位置，也为存储方案的制定提供便利。

4.1.2 生产线信息生产线信息主要用于生产线监控、提交开工申请，并且搜集拌和、布料、振捣、蒸养、张拉、压浆、三维激光扫描、喷淋等施工过程中的数据，通过全面数据搜集建立产品的完整预制信息库。

4.1.3 环保监测管理

主要通过梁厂周围的PM2.5、PM10 以及噪声监测设备开展即时环保监测，将数据动态反馈在系统平台上，及时预警超标，开展相应控制。

4.1.4 人员及设备信息

通过GPS 定位及时更新人员信息；在设备上安装位置与状态的监测元件，采用物联网的方式对设备状态进行更新，真正实现了全天候不间断的监管。通过定位以及设置电子围栏，确保人员和设备的安全，通过设备的维护更新资料分析，确保设备的性能状态。

4.1.5 物料信息

物料信息主要是统计水泥、砂石料、钢筋、钢绞线等原材料的采购、消耗、质检等信息，并通过推算获得材料的存量数据，评估消耗速率、预告提前采购等。

4.1.6 试验检测

试验检测建立智慧检测平台，用于检测资料的上传、检测流程流转、检测报告分析等。

4.2 前端平台架构

前端平台面向即时管理，其界面设计以呈现生产线实时工作状态为主，辅以相关生产、检测、人员、环保等管理信息。

4.2.1 生产线实时工作状态

展示1～5 号生产线的工位占用情况，可从图片查看梁体的所处位置，对生产过程进行总体把握。

4.2.2 生产信息统计

主要统计累计的物料库存情况、T梁混凝土方量、生产T 梁数量等，为物料储量预警、生产工期的把握提供管理数据。

4.2.3 检测信息统计

检测信息主要呈列关键的试块强度以及钢筋保护层厚度，将指标的达成情况按月展示，可以为质量控制稳定性提供管理数据。

4.2.4 人员信息统计

面向管理者，提供人员的组织情况、当前工作人员数量以及工资发放情况等。

4.2.5 环保信息统计

实时展示PM2.5、PM10 以及噪声的情况，为环境保护的实施效果提供管理数据。

5 信息化管理目标及应用前景

5.1 信息化管理目标

工厂采用信息化管理的总体目标是在装配式桥梁的全生命周期中，运用各种信息化手段，加强建设项目的控制，实现质量、安全、工期、成本等目标，完成项目的建设。对于T 梁预制工厂，通过过程管控，达成质量可靠、安全可控、工期可控、成本经济、绿色环保的目标。

5.1.1 质量可靠

质量是公路交通长效安全的根本保障，也是梁厂产品竞争力的核心体现，主要围绕质量控制开展工厂的管控工作。管理内容主要包括过程质量指标与成品质量指标，除应满足国家规范相关要求外，还应充分发挥工厂智能生产的优势，实现质量精进、质量控制稳定的目标。

5.1.2 安全可控

安全是工厂发展的前提，采用工厂化的方式具有先天优势，通过机械化与作业标准化，大幅度降低了安全风险，然而仍存在违规作业等风险。针对风险点引入智能化技术，纳入信息化管理框架，可以从根本上将风险控制在极低水平。

5.1.3 成本经济

经济性是企业的生存保障，只有通过全周期的统筹考虑以及集约化的管理，实现物料、装备与人力资料的合理使用，合理选型可靠装备，培训技术人员，调配资源，储备应急方案，避免流水卡顿的情况，最大化发挥生产线的生产效益。

5.1.4 绿色环保

工厂化生产自身具有绿色环保的优势，应通过管理方式进一步提升绿色环保性能，具体包括加强设备的管控，减少能源消耗；确定最优蒸养工艺，减少燃烧物碳排放；统筹利用物料，减少物料损耗等。

5.2 应用前景

通过全面应用信息化技术，打通了管理、设计、施工、检测等技术环节，实现了数据的全方位采集与存储，并积极探索自动化检测、智能化分析等技术，提升智能化程度。在厂内设置智控中心，实现每道工序的实施跟踪、每个指标的可溯可查，提升了质量管控效率与管理精度。基于智能建造成套装备打造的信息化技术，也为实现我国桥梁构件工业化建造奠定基础。