集约型钢筋加工车间的布局及智能化研究

集约型钢筋加工车间的布局及智能化研究

杨洲,薛纯

湖北交投建设集团有限公司

摘要：针对高速公路标准化、智能化、机械化建设需要，为实现智能化、机械化减人、降低成本，体现钢筋加工车间工厂化集中加工半成品、成品和配送，提高工作效率、降低成本。本文依托数控智能钢筋加工设备与数字化管理平台高效对接而成的智能集中钢筋加工厂，从加工厂建设、信息化管控技术应用及其优势进行介绍，为钢筋加工模式提供了新的思路及借鉴意义。

关键词：

钢筋加工车间；布局设计；智能化数控钢筋加工设备

正文：

前言：主要针对现有钢筋节约加工的趋势分析，以及钢筋加工场布局存在的问题和设备工装现行的状况进行分析，最后明确本文的目的。本合同段路线起点对接于郧西县境内福银高速公路附近，起点桩号为K0+433.718，最终止于观音镇以西天河口附近，路线全长10.766公里。本工程涉及路基路面、涵洞、桥梁、隧道，1#钢筋场负责1工区范围（K0+433.718-K3+880）内的钢筋加工与运输。根据初步设计图纸计算，钢筋总量约为1.62万吨。项目中钢筋采用智能化集中加工方式，本文主要介绍信息化管控技术在智能集中钢筋加工厂的应用，具有很大的可靠性和便捷性，为今后钢筋加工厂的信息化、智能化建设提供参考和经验。

1、智能加工厂建设

1#钢筋加工厂总体规划面积约6581 m2，包括生产区、生活区和办公区，其中加工车间占地面积4192 m2(长80米、宽52.4米)，两跨两车间。一车间主要用于剪切弯曲和箍筋加工; 二车间主要用于钢筋笼加工及堆放。数控设备主要有钢筋笼滚焊机一台，数控锯切套丝打磨生产线一套，数控剪切弯曲生产线一套，数控立式弯圆机一台以及数控智能弯箍机一套。

通过数字化管理平台与设备的无缝衔接，实现从原材料进场、存放、加工、半成品堆放、配送整套作业可视化、可追溯，对钢筋加工排产进行数字化管理，可实时查看各加工设备加工进展、加工比例。同时通过设置智能控制中心及显示大屏，将原材库存及消耗、加工产能、加工数据及进展、生产实时画面信息直观展示，便于整体管控。

2信息化管控技术应用

2.1钢筋加工智能管控平台

钢筋加工智能管控平台，可实现智能钢筋翻样、智能优化断料，通过智控中心可实时调取设备运行状态，线上钢筋入库、加工、出库等功能，形成了从钢筋入库直至半成品出库的一整套智能管理流程，可有效降低人投入并降低钢筋损耗率。

通过建立智控中心，可实时掌握钢筋原材进场、原材消耗及原材库存情况，可实时反馈加工进度及配送进度，实现物流化管理，并可通过近七天进销、产能、出库情况分析钢筋加工厂近一周运行情况。同时平台内可根据加工进展计算出目前加工厂的整体钢筋出材率及余料使用率，并可以查看最新的优化断料方案。对于加工完成的半成品，可通过扫描半成品二维码了解半成品的基本信息及原材情况，并在系统上进行质量追溯，对该半成品从原材进场开始进行全流程追溯。

2.2 机械化加工设备

全自动钢筋笼滚焊机:采用自动焊接的加工方式，只需两人即可进行日常的滚焊操作，采用标准料牌盘进行主筋穿接，各主筋间隔保持一致，在箍筋滚焊过程中料盘根据设计好的速度匀速前进，箍筋间的距离保持一致，极大的提高了钢筋笼的加工质量。

锯切套丝生产线:采用全自动加工的生产方式，涉及锯切、套丝、打磨等多道工序，但仅需一人操作设备即可，在加工过程中，采用自动传送，使加工速度不受钢筋长度的限制，提高了加工速率，自动传送减少了人工加工过程中产生的误差，提升了加工质量。

全自动剪切弯曲生产线:采用全自动加工的生产方式，将剪切和弯曲两道工艺结合在同一台设备上，仅需一人操作设备，相对于传统的加工方式，不仅减少加工过程中的人力投入，还节约了钢筋剪切弯曲之间的搬运时间和人力投入，对加工效率有显著的提升。此外，由于设备在剪切弯曲的过程中采用定位伺服电机进行定位，对于剪切及弯曲的尺寸精度把握远高于人工，提高了加工质量。

数控弯箍机:仅需一人即可进行设备操作，在加工过程中对盘圆钢筋的送料、调直、弯曲、切断同步进行，数秒即可加工完成一个箍筋，且配备有自动接料系统，可以实现加工、接料、取料的无缝隙链接，能实现设备24小时运作不停歇。

将智能化和信息化的设备、系统应用于钢筋加工设备，形成全自动化的钢筋加工设备，再根据钢筋半成品的加工需求整合设备，集中组装形成钢筋加工生产流水线，从而实现信息化代人、机械化减人的目标。智能化钢筋集中加工生产线主要分为原材加工生产线和线材生产线。原材生产线核心为数控棒材剪切线、锯切套丝线，主要用于筏板、梁、柱等大直径主受力钢筋剪切和套丝;线材生产线由数控钢筋弯曲机和数控弯箍机组成，用于主筋、箍筋、墙筋等小直径钢筋的弯曲成型。生产线可根据现场施工进度和需要进行人员合理化调整，高峰期钢筋需用量大时实行操作人员三班倒制度。根据湖北交投建设集团十巫北高速公路swyb-1项目的实践总结︰两条生产线配备1台数控钢筋弯曲机、1台数控弯箍机、1台数控剪切线，1台锯切套丝打磨一体机，日产能可达20~50t/d ;需要的操作人员为13人。

2.3 信息化管控的优势

通过信息化管理可实现加工厂内部深化设计、料单审核、优化加工、方案排产、物联网数据传输等各环节的平台统- -化监控，实现数据统一、标准统一，生产全过程流程打通，实现精细化管理，提高出材率。通过系统平台明晰钢筋生产过程中的质量责任主体，使得每一批次的钢筋都能找到来源地、加工人、加工设备、运输人等相关过程留痕信息，可利用网页端的附件存储功能，将原材检验报告、过程抽检报告、半成品检验报告等纸质文档在线化留存，方便后期质量责任追溯时快速查找到相关信息。在配送方面可以现场制作配送单，手机端直接扫码点验并在线生成配送单据，提升配送单编写效率。规范配送单据格式，单据在线化留档备查，方便调取，随时可查，规避纸质单据遗失的风险。

3、效益分析

采用信息化管控技术可有效简化管理人员工作程序和内容，帮助其记录、反馈、沟通和汇总分析现场生产现状，利用信息化管控技术与加工厂业务管理相结合，实现加工厂的智能化管理，提升加工厂的管理水平，并梳理出一套对加工厂进行智能化管控的流程方法。

4、智能化钢筋集中加工方法

4.1钢筋集约化加工

4.1.1计算机辅助套料优化

目前，批加工方法都会产生许多棒材短料。为了最大限度地减少尾料，在集约化加工之前，总结了每批大型材料的加工单，多余材料的长度作为分析指标，计算出加工单组合下料的最优方法，然后根据实际情况进行局部微调，最后实现套料加工，提高钢筋利用率。

4.1.2加工生产工序

钢筋原材加工涉及锯切、弯曲、套丝3道基本工序，考虑原材料的套料优化，还会涉及短料接长工序，因此，棒材钢筋加工可细分为以下工序︰剪切一分拣，剪切一弯曲一分拣，剪切一连接一分拣，剪切一连接一弯曲一分拣，剪切一余料。每种工序至少涉及1个独立的作业工位，为使各工位间有序衔接，对钢筋半成品进行状态定义，本工位加工完毕后，只需标记好钢筋半成品的状态并送到下道工位的堆场，依此类推，各工位作业均完成后，最终实现钢筋半成品的分拣打包。

4.1.3 差异化批量加工

根据钢筋半成品类别、现场绑扎要求，分为零件加工和构件加工2种组织方式。梁纵筋、及底筋等钢筋半成品标准化程度低，划分为构件形式进行小批量加工，半成品分拣打包及堆码按照所属混凝土构件进行分类﹔承台、柱墩中的钢筋（箍筋、拉钩、板负筋及竖向结构纵筋等）数量大、标准化程度高，划分为零件形式进行大批量标准化加工，半成品分拣打包及堆码按其形状、尺寸进行分类。钢筋差异化批量加工的核心是物尽其用，根据钢筋半成品特征采用不同性能的设备组织生产，既能实现数控设备批量化生产，提高人均产能，又因采用小型设备进行定制化加工，确保构件钢筋的完整性，从而实现设备投入（生产组织）的集约化，解决小设备产能不高、大设备生产不灵活的通病。

4.2智能化钢筋集中加工应用过程中的常见问题

加工厂规划不合理，达不到流水生产线要求。由于众多建筑工程项目钢筋加工均为现场半自动化加工，没有集中加工生产线经验，生产线建设时原材存料区、加工设备区、半成品打包区、半成品库存区规划设置不合理，造成线材到生产线转运不方便、半成品打包混乱、半成品库存凌乱的现象，导致运至现场的钢筋半成品不能与构件一一对应，形成现场多料、缺料、二次加工、二次分料的现象。不仅造成原材料的浪费，同时增加了现场钢筋班组工作量，未能达到提能增效的目的。

4.3智能化钢筋集中加工应用过程中的对策

在规划钢筋生产线时,应根据施工进度计划估算钢筋日需用量、钢筋市场供货能力,据此来规划钢筋原材存料区和半成品库存区的占

地面积。根据实践数据可得,在市场钢筋供应充足的情况下,现场智能化钢筋加工厂建设面积可按照1000m2/3000t设置,钢筋需用量超过

3000t时仅需设置3500m2加工厂即可。建厂规划时将钢筋棒材、线材原料与生产线对应,减少材料的二次周转。钢筋半成品库存区与生产线也应对应,在半成品出料端应存放打捆、打包所需的铁丝、料框,钢筋半成品成型后按照构件的具体位置信息挂牌,所挂吊牌信息与导入数控系统的信息一致。非箍筋材料打包、打捆时按照单个构件为单位进行成批打包,箍筋装框按照同规格型号进行装框;打包时应考虑现

场垂直运输机械的吊运能力，常规单捆、单框重量应不低于1t。半成品按照现场钢筋班组提交的施工部位及构件材料计划进行集中配送,配送时确保无吊牌、吊牌信息不全不出库,避免因现场施工时半成品钢筋与构件无法对应造成现场二次加工或者退料、补料的现象。如果工程构件类型较少,半成品钢筋规格型号种类相对统一,可将非箍筋材料按照同规格类型进行存库,集中配送时按照构件钢筋配置信息进行配料打捆配送。所有出库半成品钢筋需与现场施工部位构件信息一一对应,确保无无用、复不合格钢筋出场,减少现场施工过程中钢筋的损耗。集中配送的车厢应按照钢筋的打捆、打包造型进行调整,将车厢进行分隔、分区，避免钢筋装车、配送和卸车时钢筋缠结，确保半成品钢筋运输、装运过程中吊牌的完整性和钢筋不变形。人员选用方面,在采用智能化集中加:工配送方式进行钢筋加工时,需配备具备现场施工经验的钢筋工长结合设计、规范及现场实际施工情况对钢筋料表进行审核;设备操作人员需熟练地操作,钢筋大批量加工前需进行设备调试,减少不合格品的产生。

4.4 钢筋加工智能化的未来发展前景分析

我国在钢筋加工过程中仍然有很多问题需要解决,对于钢筋的加工一定要实现智能化处理,能够利用现代先进的技术和工艺本来优化好钢筋加工的每一个过程。

钢筋加工智能化在我国虽然起步比较晚,但是发展速度很快,所以说就需要让更多的钢筋加工企业认识到钢筋智能化技术应用的重要性,特别是国产出来的钢筋笼滚焊机在一些小直径空心构件的制作方面已经得到了广泛的使用。

另外,在钢筋加工过程中,很多人把成本的投入放在了第一位,有关数据表明钢筋加工智能化比传统的人工加工方式所需要的费用节省30%左右,所以说就需要让这种观念得到更多人的支持和认可,善于利用现代先进的技术和方式来提高钢筋加工的效率。

另外国家需要提出相应的政策,在钢筋加工过程中提供一些指标,避免原材料的浪费,并且在加工过程中对于环境的保护问题要重视起来,打破传统的钢筋加工方式,利用智能化技术来提高钢筋的加工效率和加工质量,减少不必要资源的浪费,这完全符合新时代环保与节能的发展要求,是新时代我国建筑行业走向现代化发展的必经之路,只有这样才能够提高钢筋加工企业的社会地位和影响力。

5、总结

    综上所述,本项目采用智能化设备后，成本逐渐公开化、透明化,施工企业的效应和品牌就更需要通过信息化减人、机械化换人的模式提高施工管理的标准化、智能化、产业化,从而提升施工效率和降低人工成本。

伴随近年来信息技术崛起，中国人口红利逐年消退，建筑施工产业化、信息化、智能化势在必行。本项目将信息化管控技术用于智能集中钢筋加工厂的日常运营，提高生产效率，提高产品质量，为未来信息化技术的进一步应用积累了宝贵经验。