成都地鐵管片廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)化研究

文/胡云發(fā) 北京中鐵房山橋梁有限公司 北京 102400

1、工程概況及管片自動(dòng)化生產(chǎn)線情況介紹

1.1 自動(dòng)化生產(chǎn)線管片預(yù)制現(xiàn)狀和對(duì)比分析

自動(dòng)化生產(chǎn)線管片技術(shù)主要應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)中，長(zhǎng)沙地鐵、深圳地鐵等有相關(guān)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，本次施工技術(shù)在十四局房橋公司為首次應(yīng)用。

管片自動(dòng)化生產(chǎn)線在技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化水平、安全性、成本相對(duì)固定模方式均有很大優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化生產(chǎn)線主要由五大系統(tǒng)組成，中央控制系統(tǒng)、混凝土上料系統(tǒng)、混凝土澆注系統(tǒng)、模具傳送系統(tǒng)和蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。五大系統(tǒng)在中央電腦的控制下，自動(dòng)流水作業(yè),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)自動(dòng)化流水線某一操作失靈，也可人工操作，此時(shí)禁止任何自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)，以免出現(xiàn)機(jī)械事故。較高的自動(dòng)化程度，極大的提高了人力資源和其他能源的利用率，同時(shí)管片質(zhì)量和人員、設(shè)備的安全性也大大提高，工作環(huán)境因生產(chǎn)位置固定而易于保持，工作環(huán)境有優(yōu)勢(shì)。

另外，在地鐵以及長(zhǎng)期產(chǎn)品重復(fù)，產(chǎn)品數(shù)量多的工程中應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)線其優(yōu)勢(shì)顯而易見，固定模最大循環(huán)2個(gè)循環(huán)，生產(chǎn)線可達(dá)到3個(gè)循環(huán)，并且模具無(wú)間距，不受模具擺放和廠房面積影響，可實(shí)現(xiàn)提高工效100%以上。

自動(dòng)化生產(chǎn)線，它將管片生產(chǎn)從危險(xiǎn)而繁重的生產(chǎn)車間工作環(huán)境解放出來(lái)，使工人在混凝土行業(yè)也能夠享受到科技的成果。它代表了世界上最先進(jìn)的管片生產(chǎn)工藝，能夠提升企業(yè)形象，提高行業(yè)的科技含量，可為企業(yè)創(chuàng)建品牌奠定基礎(chǔ)。

1.2 本工程自動(dòng)化生產(chǎn)線基本概況

北京房橋成都地鐵管片廠采用“2+4”模式自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行管片預(yù)制，即2條生產(chǎn)線路，4條養(yǎng)護(hù)線路。其中2條生產(chǎn)線路可保證混凝土灌注交替持續(xù)進(jìn)行，最大程度滿足生產(chǎn)連貫性要求采用頂推平移方式。

模具12套，共計(jì)11＊（2+4）=66個(gè)工位，自動(dòng)化生產(chǎn)線工位固定，每條線總體上分為脫模工位（1處）、隱蔽工程工位（2-3處）、灌注工位（1處）、預(yù)養(yǎng)和收面工位（6處）、養(yǎng)護(hù)工位（11處）。

1.3 生產(chǎn)線優(yōu)化前生產(chǎn)基本情況介紹

按照初期成都地鐵10號(hào)線一期工程5000環(huán)任務(wù)和工期的要求，以及前期投入資金要求，要求8個(gè)月內(nèi)完成管片的生產(chǎn)，試生產(chǎn)1個(gè)月，每個(gè)月產(chǎn)能要求750環(huán)左右。

實(shí)際上10號(hào)線建設(shè)工期為2015年8月至2016年9月。

根據(jù)要求，產(chǎn)能為每天22-30環(huán)，月產(chǎn)能750環(huán)左右，我分公司提前3個(gè)月開始生產(chǎn)，足以滿足了成都地鐵10號(hào)線管片的生產(chǎn)需求。

2、自動(dòng)化管片生產(chǎn)線的技術(shù)優(yōu)化和改造分析

2.1 技術(shù)優(yōu)化的前提條件

成都地鐵10號(hào)線結(jié)束后，分公司承攬成都地鐵5號(hào)線管片生產(chǎn)任務(wù)23000余環(huán)，受成都地鐵2020年之前通車500公里，在建150公里的建設(shè)要求，計(jì)劃工期2016年10月至2018年3月，共計(jì)18個(gè)月，要求管片廠每月產(chǎn)能為1280環(huán)左右。

按照工期要求，生產(chǎn)線必須保證每天產(chǎn)量達(dá)到40環(huán)以上，月產(chǎn)能在1200環(huán)以上。

根據(jù)目前生產(chǎn)線運(yùn)行情況，最大產(chǎn)能為750環(huán)，要滿足生產(chǎn)需求，要么增加生產(chǎn)線增加產(chǎn)能，要么改造生產(chǎn)線提高產(chǎn)能。

2.2 產(chǎn)能提高的可行性分析

（1）增加生產(chǎn)線或增加地模方式可行性分析

管片生產(chǎn)線區(qū)別于地模在于可將等量模具的工效提高2-3倍，投入模具達(dá)到2-3個(gè)循環(huán)，成本運(yùn)營(yíng)最經(jīng)濟(jì)，而目前生產(chǎn)線受制于養(yǎng)護(hù)時(shí)間（下面第3條分析將詳細(xì)介紹），偶爾能達(dá)到2.5個(gè)循環(huán)，一般為2個(gè)循環(huán)，因此，增加生產(chǎn)線的模具數(shù)量可以計(jì)算，最多為（1200環(huán)-750環(huán)）/（30＊2）=7.5環(huán)，也就是8套，增加1條8環(huán)的生產(chǎn)線即可滿足生產(chǎn)需求，需要投入1條生產(chǎn)線和相關(guān)起重等其它設(shè)備，其成本是成倍增加。

而地模投入時(shí)，模具數(shù)量需要更多。

（2）優(yōu)化改造生產(chǎn)線可行性分析

即在1條生產(chǎn)線上進(jìn)行優(yōu)化和改造，達(dá)到月產(chǎn)能1200環(huán)，通過優(yōu)化，延遲養(yǎng)護(hù)線，壓縮養(yǎng)護(hù)時(shí)間，確保8小時(shí)左右達(dá)到1個(gè)循環(huán)，確保2.5-3個(gè)循環(huán)，需要整體投入的模具最多為1200/（30＊2.5）=16套。目前已經(jīng)有 12套，只需要增加4套模具即可滿足要求，而其它設(shè)備不需要重復(fù)投入，其成本效果不言而喻。

通過以上提高產(chǎn)能的可行性分析可以得出結(jié)論：技術(shù)優(yōu)化改造生產(chǎn)線最為經(jīng)濟(jì)和可行，比增加生產(chǎn)線或地模更能滿足地鐵5號(hào)線以及后期承攬任務(wù)要求。

3、自動(dòng)化管片生產(chǎn)線的技術(shù)優(yōu)化措施

自動(dòng)化生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)上、應(yīng)用上目前較廣泛，其關(guān)鍵技術(shù)基本可以通過學(xué)習(xí)、自我吸收、改進(jìn)來(lái)進(jìn)行。

3.1 保證脫模強(qiáng)度的生產(chǎn)線技術(shù)優(yōu)化

脫模強(qiáng)度直接影響生產(chǎn)線上的循環(huán)次數(shù)，一般來(lái)說(shuō)溫度定量的情況下蒸汽養(yǎng)護(hù)5小時(shí)即可保證脫模強(qiáng)度，通過10號(hào)線生產(chǎn)的觀察，一般每個(gè)模具（小車）運(yùn)行時(shí)間為5min，每小時(shí)12個(gè)，5小時(shí)可運(yùn)行模具60個(gè)，因此要保證蒸養(yǎng)工位為60個(gè)以上，4條線的每條線要保證15個(gè)工位。

脫模強(qiáng)度還受制于混凝土的配合比，與原材料，特別是外加劑有很大關(guān)系，在這里不多贅述，后期將再研究另述。

3.2 生產(chǎn)線運(yùn)行速度的技術(shù)優(yōu)化

生產(chǎn)線上小車的運(yùn)行速度直接影響總體運(yùn)行速度，在保證振搗時(shí)間的同一時(shí)間內(nèi)，擺渡小車要完成平移、推送、平移、推送的四個(gè)動(dòng)作，在產(chǎn)能提高的同時(shí)，要壓縮動(dòng)作的時(shí)間，這時(shí)要滿足一些前提條件，如測(cè)算頂推力是否滿足，頂推速度是否影響初凝工序混凝土的要求，蒸養(yǎng)窯內(nèi)運(yùn)行情況等。

3.3 預(yù)養(yǎng)區(qū)技術(shù)優(yōu)化

預(yù)養(yǎng)區(qū)優(yōu)化目標(biāo)是要保證混凝土在生產(chǎn)線正常運(yùn)行情況下，達(dá)到初凝狀態(tài)（即外弧面滿足質(zhì)量要求）后入窯。

預(yù)養(yǎng)區(qū)優(yōu)化可從兩個(gè)方面著手：

（1）在保證混凝土強(qiáng)度和耐久性等指標(biāo)的前提下，使混凝土初凝時(shí)間縮短；

混凝土初凝時(shí)間主要受制于水泥、外加劑，即水泥的初凝時(shí)間和外加劑的早強(qiáng)作用，選用不同類型的水泥（通過P.O.52.5、P.O.42.5等水泥的初凝對(duì)比）完成施工配合比試驗(yàn)；調(diào)整外加劑的主要成分達(dá)到初凝的時(shí)間要求。

混凝土的條件優(yōu)化時(shí)間較長(zhǎng)，須提前進(jìn)行。

（2）延長(zhǎng)混凝土預(yù)養(yǎng)時(shí)間來(lái)完成混凝土初凝過程。

延長(zhǎng)時(shí)間而又不影響生產(chǎn)線施工停頓，只能通過增加預(yù)養(yǎng)工位來(lái)完成。

3.4 生產(chǎn)線控制技術(shù)的研究和優(yōu)化

生產(chǎn)線的核心部分是由PLC控制器及傳感器、繼電器等組成，依靠油頂、傳動(dòng)裝置來(lái)完成生產(chǎn)線的運(yùn)行，主要靠PLC編組控制程序來(lái)完成整套的流程循環(huán)。

由于系統(tǒng)委外定制，在遇到故障時(shí)往往導(dǎo)致生產(chǎn)線的直接停頓，優(yōu)化生產(chǎn)線時(shí)需要增加傳感器和線路，PLC需要重新編程。因此通過生產(chǎn)線的優(yōu)化，系統(tǒng)性培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，研究生產(chǎn)線的原理，掌握控制、維修、保養(yǎng)生產(chǎn)線的技術(shù)，并在設(shè)備配件匹配性上進(jìn)行研究，找到相適合、易替換的損耗件，最終確保生產(chǎn)線的運(yùn)行不受技術(shù)壁壘、設(shè)備故障的影響，以確保生產(chǎn)線進(jìn)度的要求。

結(jié)語(yǔ)：

自動(dòng)化生產(chǎn)線正處于高速發(fā)展階段，自動(dòng)化生產(chǎn)線其關(guān)鍵因素就是效率，任何條件在滿足基本要求都是為了達(dá)到效率，而自動(dòng)化生產(chǎn)線對(duì)混凝土的一些特殊要求也區(qū)別于以往管片生產(chǎn)模式，也值得深入研究。這些都需要制造商以及相關(guān)的工程技術(shù)、試驗(yàn)人員來(lái)不斷的調(diào)整和完善。