成都地鐵管片廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)化研究

【摘要】結(jié)合工程實(shí)例介紹管片預(yù)制自動(dòng)化生產(chǎn)線在提高產(chǎn)能時(shí)的優(yōu)化與創(chuàng)新，全面總結(jié)了自動(dòng)化生產(chǎn)線的一些局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，并通過技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新改造等手段達(dá)到生產(chǎn)線的最佳狀態(tài)，旨在對(duì)今后類似的管片自動(dòng)化生產(chǎn)線起到借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】管片預(yù)制；自動(dòng)化；生產(chǎn)線；提高；產(chǎn)能；優(yōu)化

[Abstract]This paper introduces the optimization and innovation of the automatic production line for segment prefabrication in terms of engineering examples， and summarizes some limitations， advantages and disadvantages of the automatic production line in an all-round way.The optimal condition of the production line is achieved by means of technological optimization and innovation， which is intended to be a reference for similar automatic segment production lines in the future.

[Keywords]Segment prefabrication； Automation； production line； improvement； capacity； Optimization

[中圖分類號(hào)]U454

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

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，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)，一般來說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（下轉(zhuǎn)244頁）（上接242頁）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)裝置來完成生產(chǎn)線的運(yùn)行，主要靠PLC編組控制程序來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：

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)人員來不斷的調(diào)整和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]盾構(gòu)隧道施工手冊(cè)[M].人民交通出版社，張鳳祥等編著，2005.

作者簡(jiǎn)介：

胡云發(fā)，北京中鐵房山橋梁有限公司，北京。