高原鐵路鋼結(jié)構(gòu)智能加工廠(chǎng)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用與效果評(píng)估

［關(guān)鍵詞］自動(dòng)化技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)加工；技術(shù)應(yīng)用

［中圖分類(lèi)號(hào)］TH625 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0113–03

1項(xiàng)目概況

中鐵十二局集團(tuán)高原鐵路2標(biāo)1號(hào)鋼結(jié)構(gòu)加工廠(chǎng)位于四川省康定市榆林街道某村，緊鄰318國(guó)道，距某高原隧道進(jìn)口0.3 km，距某高原隧道1號(hào)橫洞約1.8 km，交通便利。該加工廠(chǎng)主要承擔(dān)某高原隧道進(jìn)口、平導(dǎo)、1號(hào)橫洞和某高原隧道出口及平導(dǎo)施工所需約20 000 t 鋼構(gòu)件的加工任務(wù)。加工廠(chǎng)車(chē)間占地面積4 620m2，車(chē)間跨度35 m，長(zhǎng)度132 m，主體采用全封閉鋼架彩鋼結(jié)構(gòu)，顏色為白墻灰瓦，頂部及周?chē)O(shè)有采光和通風(fēng)設(shè)施，確保車(chē)間內(nèi)部空間寬敞、光線(xiàn)充足和環(huán)境優(yōu)良。工廠(chǎng)功能區(qū)域劃分科學(xué)，配備完善，實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)和集約生產(chǎn)，且運(yùn)輸便利。車(chē)間內(nèi)設(shè)有明確的工作區(qū)域、通道和分界線(xiàn)，配備有必要的安全和消防設(shè)施，確保操作安全和高效率生產(chǎn)。

2智能自動(dòng)化加工設(shè)備

2.1數(shù)控光纖激光切割機(jī)

數(shù)控光纖激光切割機(jī)采用川崎RA010L 機(jī)器人，主要用于工字鋼的精確分段切割。機(jī)器人可自動(dòng)定位工件具體位姿，還能通過(guò)高級(jí)圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別材料的細(xì)節(jié)。此外，其能接收CAD圖紙或數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)，并將這些信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器人的操作軌跡，從而實(shí)現(xiàn)高效和精確的切割作業(yè)。這種技術(shù)的應(yīng)用大幅提高了切割的準(zhǔn)確性和效率，減少了材料浪費(fèi)，并優(yōu)化了整個(gè)生產(chǎn)流程。該機(jī)器人的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)和功能見(jiàn)表1，包括其操作負(fù)載以及兼容的材料尺寸等關(guān)鍵信息。

該切割機(jī)相比以往切割機(jī)（剪板機(jī)+ 沖孔機(jī)或等離子切割機(jī)）效率提升2 倍以上，切割精度大幅提升，切口光滑平整，有效減小了鋼板加工過(guò)程中的應(yīng)力集中和變形，解決了以往其他切割機(jī)或加工工藝切口邊緣不整齊、無(wú)法加工小孔等問(wèn)題。

2.2龍門(mén)雙機(jī)焊接機(jī)器人

龍門(mén)雙機(jī)焊接機(jī)器人是高端焊接設(shè)備，該設(shè)備集成了先進(jìn)技術(shù)，包括自動(dòng)編寫(xiě)焊接程序、視覺(jué)識(shí)別定位技術(shù)、快速建模能力，以及根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)格式和接口參數(shù)自動(dòng)計(jì)算和規(guī)劃焊接路徑。此外，該機(jī)器人還能自動(dòng)完成焊接作業(yè)，并在焊接過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整偏差，確保焊接質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)和一致性。這種機(jī)器人的應(yīng)用顯著提高了焊接的效率和質(zhì)量，能替代三四名專(zhuān)業(yè)焊工。其精確控制和高級(jí)功能可有效避免人工焊接問(wèn)題，如漏焊、夾渣、焊縫不飽滿(mǎn)及氣泡的生成。焊接強(qiáng)度高，焊縫外形美觀，不僅確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，也大幅提升了生產(chǎn)速度。該機(jī)器人的應(yīng)用不僅優(yōu)化了生產(chǎn)流程，而且提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

3智能自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

3.1數(shù)控鋼筋網(wǎng)片生產(chǎn)線(xiàn)

數(shù)控鋼筋網(wǎng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)采用PLC 控制系統(tǒng)，是一款全自動(dòng)化的鋼筋網(wǎng)焊接設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)最寬1.5 m、直徑5～12 mm 的鋼筋網(wǎng)片的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程焊接。該設(shè)備完整覆蓋了鋼筋網(wǎng)片加工的全部流程，包括鋼筋的自動(dòng)上料、調(diào)直、切斷、送絲、焊接、剪切以及網(wǎng)片的收集，實(shí)現(xiàn)了從原材料到成品的全自動(dòng)生產(chǎn)。焊接頻率高達(dá)60 次/min，不僅焊接速度快，而且成型的網(wǎng)片質(zhì)量?jī)?yōu)異，焊點(diǎn)牢固且均勻，有效避免了開(kāi)焊現(xiàn)象。此外，該設(shè)備在焊接過(guò)程中對(duì)角線(xiàn)精度極高，確保了網(wǎng)片的尺寸準(zhǔn)確性。焊接時(shí)的火花生成極少，且噪聲低，大幅提升了操作環(huán)境的安全與舒適。這些特點(diǎn)使得該生產(chǎn)線(xiàn)不僅提高了生產(chǎn)效率，還保障了產(chǎn)品的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)了現(xiàn)代建筑行業(yè)對(duì)高精度和高質(zhì)量鋼筋網(wǎng)片的需求。數(shù)控鋼筋網(wǎng)片生產(chǎn)線(xiàn)如圖1 所示，具體流程包括以下內(nèi)容。

（1）鋼筋上料。將圓盤(pán)狀鋼筋接入數(shù)控鋼筋切斷機(jī)。

（2）拉直剪切。在設(shè)定鋼筋調(diào)直切斷機(jī)的參數(shù)后，機(jī)器將鋼筋調(diào)直并剪切至統(tǒng)一長(zhǎng)度，隨后這些鋼筋通過(guò)傳送帶移入焊接區(qū)準(zhǔn)備進(jìn)一步加工。

（3）送絲與焊接。鋼筋排列整齊地進(jìn)入焊接區(qū)，通過(guò)交叉放置的鋼筋進(jìn)行連接。焊接設(shè)備采用直回路設(shè)計(jì)，不僅提高了焊接效率，還降低了能耗。焊接速度可達(dá)每分鐘60 根鋼筋。此外，采用了數(shù)控伺服系統(tǒng)確保焊接網(wǎng)格的精確對(duì)位，從而保證成品網(wǎng)片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（4）定尺寸切割。搬運(yùn)機(jī)器人利用傳感器監(jiān)測(cè)鋼筋網(wǎng)片的端點(diǎn)位置，根據(jù)預(yù)設(shè)計(jì)算的切割點(diǎn)，精確切割鋼筋網(wǎng)片。這一步驟可根據(jù)生產(chǎn)需求切割直徑4～8 mm、寬度最大1 500 mm 的鋼筋網(wǎng)片。

3.2全自動(dòng)小導(dǎo)管生產(chǎn)線(xiàn)

全自動(dòng)小導(dǎo)管生產(chǎn)線(xiàn)專(zhuān)為直徑108mm及以下的管材設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了管材的自動(dòng)送料、鋸切、割孔及縮尖等一系列加工步驟。該生產(chǎn)線(xiàn)具備極高的孔徑和孔間距精度，誤差極小，確保每一次加工都符合嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。尖頭加工過(guò)程中，特別關(guān)注表面處理，加工后的表面光滑無(wú)損傷，顯著縮短了成型時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。由此產(chǎn)出的成品外觀整潔，質(zhì)量上乘，滿(mǎn)足了高標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)需求。

此外，該生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中僅需一兩人進(jìn)行監(jiān)控，大幅降低了對(duì)人工的依賴(lài)，有效減少了人力成本。這不僅解決了人工作業(yè)中常見(jiàn)的質(zhì)量不穩(wěn)定和安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，還提升了整體作業(yè)的安全性和可靠性。這種技術(shù)進(jìn)步標(biāo)志著在管材加工領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，為行業(yè)帶來(lái)了前所未有的生產(chǎn)效率和安全保障。全自動(dòng)小導(dǎo)管生產(chǎn)線(xiàn)如圖2 所示，具體流程包括以下內(nèi)容。

（1）鋼管裝載。將所需加工的鋼管置于上料架，利用氣缸的伸縮功能逐一推出鋼管，隨后由搬運(yùn)機(jī)器人精確抓取并轉(zhuǎn)運(yùn)至切割工作區(qū)。

（2）精確切割。在切割區(qū)，搬運(yùn)機(jī)器人利用傳感器對(duì)鋼管端點(diǎn)進(jìn)行定位，計(jì)算出需要切斷的準(zhǔn)確位置。根據(jù)這些預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，切割機(jī)器人執(zhí)行切割操作。

（3）尖端形成。切割完畢的鋼管被搬運(yùn)至尖頭加工設(shè)備。此設(shè)備自動(dòng)根據(jù)預(yù)設(shè)程序啟動(dòng)，精確加工鋼管尖端，并在完成后將鋼管送出。

（4）打孔作業(yè)。搬運(yùn)機(jī)器人繼續(xù)操作，將鋼管送入沖孔機(jī)。在這一階段，沖孔機(jī)依照設(shè)定參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行孔洞加工，并在結(jié)束后推出加工完畢的鋼管。

（5）成品打包。搬運(yùn)機(jī)器人將處理完的小導(dǎo)管逐一放入成品箱中，同時(shí)自動(dòng)記錄數(shù)量，確保每個(gè)成品箱中的導(dǎo)管數(shù)量精確無(wú)誤。

3.3全自動(dòng)工字鋼生產(chǎn)線(xiàn)

全自動(dòng)工字鋼生產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)完全實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化操作，無(wú)需人工干預(yù)。該生產(chǎn)線(xiàn)擁有最高200個(gè)/h 的生產(chǎn)能力，極大提高了效率。利用可編程的PLC控制系統(tǒng)和精準(zhǔn)的電子尺定位技術(shù)，確保了生產(chǎn)過(guò)程的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。此外，采用電阻對(duì)焊技術(shù)進(jìn)行焊接，不僅焊接接頭光滑且牢固，而且確保了產(chǎn)品的成型質(zhì)量，焊接后的工字鋼標(biāo)準(zhǔn)一致，無(wú)任何變形，展現(xiàn)了卓越的制造水準(zhǔn)。全自動(dòng)工字鋼生產(chǎn)線(xiàn)如圖3 所示，具體流程包括以下內(nèi)容。

（1）鋼板切割。整張鋼板在機(jī)器人操作的等離子切割技術(shù)下，根據(jù)電腦排圖精準(zhǔn)分割成多個(gè)法蘭安裝板。此過(guò)程自動(dòng)定位起始點(diǎn)和鋼板位置，高效利用材料。切割命令由控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，完成后，切割的鋼板由搬運(yùn)機(jī)器人整齊堆放。

（2）工字鋼裝載。此環(huán)節(jié)涵蓋工字鋼上料架和上料輥道，及對(duì)裝焊接機(jī)器人。工字鋼在生產(chǎn)線(xiàn)上首先被放置在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的上料架上，隨后通過(guò)上料輥道逐個(gè)輸送至焊接區(qū)域。這種輥道系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)確保工字鋼能夠穩(wěn)定且連續(xù)地移動(dòng)，減少人工搬運(yùn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和可能的操作錯(cuò)誤。在輥道的末端，對(duì)裝焊接機(jī)器人自動(dòng)接管工作，進(jìn)行精準(zhǔn)的焊接操作。這些機(jī)器人配備有先進(jìn)的視覺(jué)和感應(yīng)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別工字鋼的位置和角度，確保焊接的精確性和一致性。

（3）彎曲加工。數(shù)字控制彎拱機(jī)自動(dòng)設(shè)定并監(jiān)測(cè)彎曲程度，工字鋼通過(guò)輥道送入機(jī)器?？刂葡到y(tǒng)設(shè)定彎曲參數(shù)，機(jī)器自動(dòng)調(diào)整，超差時(shí)自動(dòng)警報(bào)并等待人工確認(rèn)。

（4）法蘭板焊接。1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人負(fù)責(zé)搬運(yùn)法蘭板，另1 臺(tái)執(zhí)行焊接任務(wù)，兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)作完成工字鋼兩端的法蘭板焊接。

4信息化技術(shù)

4.1工業(yè)聯(lián)網(wǎng)

工廠(chǎng)內(nèi)所有機(jī)械設(shè)備均接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與廠(chǎng)區(qū)的中心服務(wù)器相連，允許對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)（包括運(yùn)轉(zhuǎn)、暫停及故障情況）進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。工藝流程中的數(shù)據(jù)也通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò)傳輸，確保信息的精確性和信賴(lài)度。

4.2管理數(shù)字化

在現(xiàn)代企業(yè)管理中，數(shù)字化已成為提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。通過(guò)將生產(chǎn)、品質(zhì)與工藝相關(guān)的所有信息整合至數(shù)據(jù)庫(kù)中，管理者能夠?qū)崟r(shí)更新并監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量指標(biāo)，這種實(shí)時(shí)性的信息流通顯著提升了管理的響應(yīng)速度和決策的準(zhǔn)確性。具體來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)如當(dāng)日產(chǎn)量、本月產(chǎn)量、材料用量、合格率等關(guān)鍵性指標(biāo)都通過(guò)生產(chǎn)報(bào)表清晰呈現(xiàn)，使得管理層能夠即時(shí)獲取生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)作狀態(tài)，快速識(shí)別并解決生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題。

5結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化技術(shù)的集成為鋼結(jié)構(gòu)加工廠(chǎng)帶來(lái)了顯著的效益。通過(guò)文章研究，認(rèn)為自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于提升高原鐵路鋼結(jié)構(gòu)智能加工廠(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，以及增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。未來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，其將在更廣泛的制造業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展。