建設(shè)數(shù)字化鋼材集中加工廠的探索及實踐成果

石磊

（中國交通建設(shè)股份有限公司軌道交通分公司，北京 100032）

1 案例分析

1.1 案例概況

重慶軌道交通18號線北延工程位于重慶市渝中區(qū)和九龍坡區(qū)，該工程項目作為重慶市2021年軌道交通186 km續(xù)建項目、198 km第四期項目之一，線路東起小什字站，西至18號線工程（富華路～跳磴南）富華路站（不含），線路全長10.61 km。建成后的工程項目對進(jìn)一步加密渝中區(qū)軌道交通線網(wǎng)，有效緩解化龍橋、大坪、菜園壩等片區(qū)交通擁堵，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但是，由于18號線北延工程各施工工地處于該市渝中區(qū)繁華地帶，施工場地狹小，可利用空間少，若不提前謀劃部署，未來鋼材供應(yīng)問題將極大地制約工程建設(shè)進(jìn)度。因此，按照業(yè)主招標(biāo)文件要求，18號線北延工程施工總承包部提前謀劃、周密部署，統(tǒng)籌建設(shè)了中國交通建設(shè)股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠。

1.2 鋼材集中加工廠選址

中國交通建設(shè)股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠（以下簡稱鋼材集中加工廠）選址位于重慶市渝北區(qū)龍興鎮(zhèn)騰云路5號，占地面積9 412.10 m2，主要提供和滿足重慶軌道交通18號線北延工程構(gòu)成工程實體的鋼材、型材、管材、構(gòu)件等材料的深加工及配送。為順應(yīng)中國制造2025以及工業(yè)4.0的發(fā)展理念，自項目規(guī)劃階段便引入了大量先進(jìn)的理念和創(chuàng)新技術(shù)。鋼材集中加工廠全部選用國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)和裝備，全線配套建科機(jī)械（天津）股份有限公司的智能鋼筋加工生產(chǎn)線，以及數(shù)字化全流程管理軟件系統(tǒng)，著力打造以高自動化、高信息化鋼筋裝備為依托，深度融合信息化管理平臺的“153”（一個目標(biāo)，5個功能，3大成果）型“智慧鋼材集中加工廠”。

2 建設(shè)數(shù)字化鋼材集中加工廠的目標(biāo)

2.1 實現(xiàn)工廠化，促進(jìn)全局統(tǒng)籌

圍繞一個目標(biāo)的中心思想，鋼材集中加工廠房建設(shè)辦公區(qū)、原材料堆放區(qū)、合格品區(qū)、加工區(qū)、成品及半成品堆放區(qū)5大模塊區(qū)域，涵蓋辦公、調(diào)度控制、原材料堆放、全機(jī)械化加工、成品及半成品存放、集中配送6大功能，以全信息化流程為重要抓手，串聯(lián)成為一體式工廠化產(chǎn)業(yè)鏈，其科學(xué)布局、功能齊全、排布有序的特點，在節(jié)約施工現(xiàn)場空間，大幅度提高鋼材集中大批量加工生產(chǎn)的同時，采用先進(jìn)自動化數(shù)控設(shè)備有效把控鋼材現(xiàn)場加工安全隱患，減少噪聲污染。智能控制系統(tǒng)，針對各類訂單優(yōu)化套裁，最大效率規(guī)劃原材料綜合利用，大幅度降低損耗率的目標(biāo)。需求單位得到產(chǎn)品質(zhì)量保證的同時，還可享受24 h的供貨服務(wù)。

2.2 實現(xiàn)機(jī)械化，達(dá)到高效生產(chǎn)

為進(jìn)一步保障鋼材集中加工廠全天候的高效生產(chǎn)，采用了全智能數(shù)控鋼筋生產(chǎn)流水線，全過程流水化加工作業(yè)。

數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)，該設(shè)備為直條和盤條兩用型設(shè)備，可加工大圓弧的箍筋，具有直條聯(lián)動計數(shù)機(jī)構(gòu)及多任務(wù)鋼筋優(yōu)化功能，可以最大限度利用整根直條鋼筋[1]。

數(shù)控立式鋼筋彎曲中心，能與剪切線聯(lián)動生產(chǎn)，可實現(xiàn)雙向彎曲，實現(xiàn)彎曲大圓弧角度，氣動夾緊裝置，加裝伸縮夾緊機(jī)構(gòu)，滿足小中斷的鋼筋加工。

數(shù)控鋼筋鋸切套絲生產(chǎn)線，該設(shè)備具有自動鋸切套絲功能，鋸切后可直接自動進(jìn)入套絲機(jī)構(gòu)，鋸切鋼筋截面平整無馬蹄口，加工速度快，尺寸精準(zhǔn)。

數(shù)控鋼筋剪切生產(chǎn)線，可將熱軋帶肋鋼筋進(jìn)行高質(zhì)量剪切、輸送、存儲及加工，并將各加工工序形成電腦控制的加工流水線，該設(shè)備產(chǎn)量大、精度高，可與數(shù)控彎曲中心進(jìn)行聯(lián)動生產(chǎn)。

數(shù)控鋼筋網(wǎng)焊接生產(chǎn)線，縱筋橫筋雙盤條上料，精確數(shù)據(jù)定位，減少浪費，提高效率，橫筋間距無極調(diào)整，可根據(jù)實時數(shù)據(jù)計算設(shè)備產(chǎn)能以及工作效率，實時預(yù)警信息，減少故障排查時間，預(yù)防設(shè)備和人身的安全問題。

數(shù)控斜面式鋼筋彎曲中心，實現(xiàn)高精度PLC控制，高效率使用，高耐用設(shè)計，斜面式工作面結(jié)構(gòu)，上料、下料操作方便安全，曲柄式鋼筋托起移送機(jī)構(gòu)的設(shè)計，操作便利。適合加工大尺寸圖形鋼筋。

以上設(shè)備均為全機(jī)械化加工，極大地節(jié)約了人工成本，提高了生產(chǎn)效率，降低了關(guān)鍵工序的人力資源成本，生產(chǎn)統(tǒng)計誤差進(jìn)一步減小，可控精細(xì)化管理和成本控制得以實現(xiàn)。

2.3 實現(xiàn)智能化，做到科學(xué)管理

智能控制軟件能夠滿足多客戶、多項目任務(wù)同時錄入，根據(jù)需求時間對生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行分類和合理排產(chǎn)，提高加工設(shè)備利用率，減少閑置時間。管理者可通過PC端實時監(jiān)控設(shè)備運行情況，實現(xiàn)綜合統(tǒng)籌管理，創(chuàng)造規(guī)模效益。

信息化管理平臺通過BIM平臺對接，完成鋼筋訂單數(shù)據(jù)的快速生成，技術(shù)人員只需對鋼筋訂單做審核。 平臺根據(jù)鋼筋生產(chǎn)工藝的分析，自動對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，從而實現(xiàn)設(shè)備的自動排產(chǎn)和生產(chǎn)順序的安排，達(dá)到集中生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率的目的。

通過鋼筋料牌的應(yīng)用，實現(xiàn)管理人員和生產(chǎn)工人的生產(chǎn)安排和數(shù)據(jù)交接。

通過信息化平臺和數(shù)控鋼筋設(shè)備的信息交互，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的下發(fā)以及設(shè)備生產(chǎn)情況的統(tǒng)計，方便管理人員及時掌握現(xiàn)場生產(chǎn)狀況、設(shè)備運行狀況以及訂單的生產(chǎn)進(jìn)度[2]。

2.4 實現(xiàn)信息化，確保精確把控

生產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)通過控制中心大屏幕展示，使得所有鋼材加工、生產(chǎn)和進(jìn)程實現(xiàn)可視化，便于管理者根據(jù)鋼材加工的實際情況適時調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)。軟件的應(yīng)用使各方人員通過原材管理、庫存管理、設(shè)備管理、計劃管理、訂單管理、余料管理、生產(chǎn)管理、統(tǒng)計管理、配送管理等全流程信息化管理實時掌握加工廠各類信息，及時對生產(chǎn)管理工作進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.5 實現(xiàn)數(shù)字化，開展全面分析

系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析自動生成各類直觀的可視化圖表供管理人員進(jìn)行有效決策，并按照信息種類的不同，自動將原材料進(jìn)廠、庫存、排產(chǎn)、加工、出貨、廢料、余料等各種數(shù)據(jù)自動歸集，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計。系統(tǒng)還具有“數(shù)據(jù)安全臨界”預(yù)警功能，可確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及可控性，避免人為數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差，提高管理效率。

3 建設(shè)數(shù)字化鋼材集中加工廠的成果

3.1 可追溯性管理成果

通過二維碼信息聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對鋼筋產(chǎn)品的唯一標(biāo)識管理，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)全程記錄鋼筋物料從原料到加工再到出入庫交接的全部流程，能夠在云端精準(zhǔn)記錄鋼筋原材料廠商、爐批號、加工參數(shù)、質(zhì)量檢驗等關(guān)鍵信息，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的全生命周期可追溯性。

3.2 工藝管理成果

工藝管理成果指的是鋼材集中加工廠在工藝卡片、工藝標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得的階段性成果。本文在總結(jié)多年項目經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，對鋼筋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了二次深化設(shè)計，科學(xué)梳理各類型鋼材加工工藝，并形成了工藝管理標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。針對工廠化生產(chǎn)形成完整的工藝路線設(shè)計，將管理節(jié)點轉(zhuǎn)化為可控單據(jù)，實現(xiàn)流程清晰、過程可控的完整流程，從而顯著提升了綜合生產(chǎn)功效和產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 安全、質(zhì)量環(huán)保管理成果

通過設(shè)備自動化、智能化的提升，有效地減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的人員參與，降低了安全隱患和安全風(fēng)險，同時，也極大地簡化了生產(chǎn)和管理流程，進(jìn)一步降低了人工在生產(chǎn)過程中的參與度。

此外，成套的智能鋼筋加工設(shè)備，徹底扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)鋼筋加工過程中大量依賴小型機(jī)具的被動局面，通過高精度伺服、程控技術(shù)的應(yīng)用，不僅顯著地提升了產(chǎn)品質(zhì)量，還淘汰了能耗較高的落后裝備，實現(xiàn)了技術(shù)裝備乃至行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

從鋼筋裝備技術(shù)升級和信息化全生命周期管控入手，在常規(guī)數(shù)控設(shè)備基礎(chǔ)上定向升級和優(yōu)化。一方面，加工自動化得到提升，生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)無人值守，搭載云端總控系統(tǒng)，以數(shù)字驅(qū)動生產(chǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度，生產(chǎn)及管理的綜合降低人工需求達(dá)到40%以上，真正實現(xiàn)高效和精準(zhǔn)生產(chǎn)；另一方面，工廠內(nèi)的主要生產(chǎn)設(shè)備均與總控室實時通信，不僅實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，還能夠動態(tài)采集設(shè)備上的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)，讓工廠生產(chǎn)實現(xiàn)數(shù)字化、透明化，信息化手段大大降低溝通成本，提升管理質(zhì)效。通過信息網(wǎng)絡(luò)連接，搭建信息化統(tǒng)籌調(diào)度平臺，生產(chǎn)加工訂單管理、翻樣管理、計劃排產(chǎn)管理、棒材優(yōu)化套裁管理、鋼筋原材料的出入庫管理、成型鋼筋的出入庫管理、運輸管理、各類報表數(shù)據(jù)分析等方面均能以數(shù)字化形式呈現(xiàn)，資源配置更加科學(xué)、問題分析更加精準(zhǔn)，運營管理更加便捷。

鋼材集中加工廠依靠萬物互聯(lián)的智能控制云，配合總控系統(tǒng)的云端計算決策、大數(shù)據(jù)采集分析，實現(xiàn)鋼材加工從生產(chǎn)、物料、質(zhì)量、設(shè)備全流程數(shù)字化管理。

4 數(shù)字化鋼材集中加工廠要實施統(tǒng)一規(guī)劃與管理

統(tǒng)一規(guī)劃與管理是鋼材集中加工廠建設(shè)數(shù)字化過程中的綱領(lǐng)，要有統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，才能引導(dǎo)各個部門進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)信息資源的互聯(lián)互通，實現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象的出現(xiàn)。而“應(yīng)用主導(dǎo)”和“面向市場”才是鋼材集中加工廠建設(shè)數(shù)字化的內(nèi)在動力和重要手段，數(shù)字化建設(shè)重在信息技術(shù)的普及和應(yīng)用，更注重數(shù)字化建設(shè)的效果。為此，在規(guī)劃管理上，重慶軌道交通18號線北延工程鋼材集中加工廠還需要加強(qiáng)以下幾個方面的工作：

1）建設(shè)鋼材集中加工廠數(shù)字化工作管理網(wǎng)絡(luò)。該數(shù)字化工作管理網(wǎng)絡(luò)主要分為以下3個層次。第一個層次由鋼材集中加工廠的綜合管理部門負(fù)責(zé)全廠的數(shù)字化建設(shè)整體規(guī)劃和協(xié)調(diào)工作；第二層由鋼材集中加工廠的生產(chǎn)部門主要負(fù)責(zé)數(shù)字化建設(shè)推進(jìn)過程中的具體工作，并協(xié)助綜合管理部門對各部門的數(shù)字化建設(shè)工作進(jìn)行指導(dǎo)。這一過程是十分重要的，因為建設(shè)數(shù)字化鋼材集中加工廠并不是一件簡單和孤立的事情，而是與各部門之間緊密相連的，最終的建設(shè)成果可以對各個部門的工作效率和水平的提升具有一定的促進(jìn)作用；第三層由車間各部門落實建設(shè)數(shù)字化的實現(xiàn)方法。

2）對鋼材集中加工廠建設(shè)數(shù)字源進(jìn)行部署，實現(xiàn)各項資源的合理配置，避免各自為政現(xiàn)象的產(chǎn)生。主要負(fù)責(zé)數(shù)字建設(shè)化的部門應(yīng)當(dāng)制訂長期或者短期的目標(biāo)，長期目標(biāo)可以是3年計劃，短期目標(biāo)可以是季度或者是月度計劃，各個部門在此基礎(chǔ)上再制訂詳細(xì)目標(biāo)，但是在具體的計劃過程中，既要能結(jié)合鋼材集中加工廠的實際情況，又能體現(xiàn)自身建設(shè)數(shù)字化的個性特點。

5 結(jié)語

綜上所述，建設(shè)數(shù)字化是加快企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢，是企業(yè)在激烈市場環(huán)境中站穩(wěn)腳跟的必由之路，中國交通建設(shè)股份有限公司重慶軌道交通18號線北延工程作為促進(jìn)我國軌道交通行業(yè)領(lǐng)域的重要支柱，通過建設(shè)數(shù)字化可以實現(xiàn)鋼材生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備數(shù)字化、鋼材生產(chǎn)流程數(shù)字化以及決策者決策的數(shù)字化，最終建設(shè)成為數(shù)字化的鋼材集中加工廠。