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浙江建工h型钢生产线获评住建部典型案例固建机器人参与建设


时间:2022-08-30 22:01:01 作者:火狐体育在线登录 来源:火狐体育全站APP

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  住房和城乡建设部办公厅关于发布智能建造新技术新产品创新服务典型案例( 批)的通知。如下图:

  近日在住房和城乡建设部发布的智能建造新技术新产品创新服务典型案例中,固建机器人参与建设的浙江建工H型钢生产线被评为部品部件智能生产线典型案例。

  浙江建工H型钢生产线是一条数字化柔性生产线,可实现从钢板到焊接H型钢的连续自动化生产。该生产线硬件设备由“清割岛”和“组焊校”系统组成,分别负责钢板的条板备料和H型钢组立焊接;软件系统包括钢结构制造智能管理平台、建筑钢结构设计-制造数据处理系统、数据处理与监视控制系统,将BIM信息进行管理和传递,通过数据驱动设备生产加工。该生产线已落地应用于浙西产业园钢结构基地,具备日产40吨H型钢的能力,生产效率约为传统生产线倍,服务于建筑钢结构的智能生产。

  浙江省建工集团有限责任公司是一家以设计研发为引领,集房屋建筑、钢结构、幕墙装饰、轨道交通、机电安装、地基基础、市政工程、水利水电、地下空间、特种结构施工及投融资为一体的大型国有企业,注册资本10亿元;集团在建筑信息模型、智慧工地、建筑工业化和机器人等研究方向上积累了技术成果,形成了专有技术优势。

  数字化转型推动建筑产业高质量发展是大势所趋,在建筑钢结构制造领域,集团建筑机器人团队依托浙江省重点研发计划项目《基于BIM和机器人的H形钢智能自动化生产线关键技术研究与应用》,自主研发了H型钢生产线及其BIM信息传递管理系统(见图1),形成了建筑钢结构智能生产技术,包含BIM标准化设计、设计制造数据转换、加工工艺参数优化、机器视觉等技术,实现了建筑钢结构的智能加工、快速制造和柔性生产。

  浙江建工H型钢生产线分为“清割岛”和“组焊校”两大系统。“清割岛”系统是H型钢生产线的前端备料工序,包括表面处理、条板切割、桁架搬运等单元,可将钢板加工成后续所需的条板。“组焊校”系统是H型钢生产线生成H型钢的主要工序,包括进料、组立、埋弧焊、除渣、翻转、校正、锯切等单元,通过各个单元的整体协调以完成H型钢的生产。该生产线可实现从钢板到钢构件的连续自动化加工,具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的特点。浙江建工H型钢生产线所示。

  该技术以钢结构制造智能管理平台为中心,采用数据处理与监视控制系统、建筑钢结构设计-制造数据处理系统,将钢构件的加工信息、指令进行管理和传递。

  建筑钢结构设计-制造数据处理系统,包含“钢构件排产数据流”和“钢构件装配加工数据流”两个模块,模块一可对多个工程项目的钢构件设计数据进行归并处理,提取出符合H型钢生产线加工范围的钢构件;对归并后的构件数据按截面和长度进行更优 排产组合,进行下料排版,形成所需的钢构件排程数据流。模块二可从钢结构深化设计模型中,一键批量生成构件级的具有加工定义的BIM数据;采用视觉技术获取钢构件的真实轮廓数据;协同加工管理中心解析BIM数据文件,实时处理机器视觉和加工设备的反馈信息,形成钢构件装配加工数据,综合调度机器视觉、变位机和作业机器人协同工作。

  数据处理与监视控制系统,通过边缘计算平台实现了数字模型与智能产线之间的信息交互。采用数字孪生系统实时采集设备运行数据并呈现出设备实际运行状态,并对实际运行数据分析处理,将优化处理后的加工数据即时下发回产线设备,并上传至“钢结构制造智能管理平台”进行归集管理;从而实现了从设计层-管理层-设备层数据的传递、管理与交互,如下图3所示。

  设计并制造了H型钢全工序的智能自动化生产线,设计了全辊道线和桁架机械手的自动物流,十把割枪自动调节的高效数控切割机,机器人自动焊接系统,高柔性的组立焊接变位一体化设备,双焊缝自动埋弧焊接设备,各个设备单元的定位、动作传递结合多种传感器,保证设备稳定、可靠、高效,为产线实现高度自动化、智能化奠定设备结构和机构等硬件基础。

  针对传统钢结构加工过程没有充分利用深化设计数据以及人工收集生产数据的不足,开发建筑钢结构设计-制造数据处理系统、钢结构制造智能管理平台等软件系统,实现对钢结构BIM模型数据高效处理、管理和传递,全面打通钢构件从设计到加工再到生产管理的数据链,实现自动化的数据流转、统计分析,改变现有生产模式,减少人工干预,提高生产效率,保证产品质量的稳定性。

  针对传统钢结构加工管理粗放,效率低、信息不及时、统计困难的缺点,项目研发一套契合钢结构制造、高度集成化和模块化的生产管理系统,辅助H型钢生产线的生产需求,并将工厂内传统生产线统一管理,协同排产,将车间整体生产能力更优 化。

  研发了H型钢智能自动化生产线设备和钢结构制造智能管理平台,可实现从钢板到钢构件的连续自动化加工。研发的建筑钢结构设计-制造数据处理系统,采集钢结构深化设计端的BIM数据,并生成钢构件排产和加工数据流,上传至管理平台,通过数据处理与监视控制系统实现H型钢生产线的数字孪生体与物理实体设备之间的馈控链接,将管理平台上的加工数据精准下发至产线各设备并驱动其有序工作,实现整条生产线智能化运行。

  浙江建工H型钢生产线适用于建筑钢结构的H型钢构件的生产加工,主要应用于高层、超高层、装配式等各类需要H型钢构件的建筑钢结构中。该生产线基于全流程、全工序生产加工的设计理念,可实现从钢板上线到H型钢构件下线的连续自动化柔性生产。其配套的钢结构BIM信息传递管理系统,采用从设计到生产,再到管理的全过程数据流转、数据驱动,可实现生产线的全过程数字监控与生产管理,从而实现H型钢生产过程的机器换人,智能生产。

  2020年9月28日集团自主研发的浙江建工H型钢生产线在浙西产业园龙游钢结构生产基地全线贯通。浙江建工绿智钢结构有限公司成为H型钢生产线的 服务单位,产品应用于多个在建工程项目。H型钢生产线环境如下图所示。

  以龙游县公共文化服务中心项目为例,该项目位于龙游县城东中央生态廊道中段,总用地面积约14.04公顷。整个项目拟建7个单体以及相应的室外配套工程和地下管廊,总建筑面积230201.89平方米,其中地上总建筑面积135011.39平方米,地下总建筑面积约95190.50平方米。项目钢结构主要为十字柱、箱型柱和H型钢梁,材质基本为Q355B,总用钢量约7500吨。

  绿智钢结构公司的H型钢生产线生产人员根据H型钢构件的订单要求,通过建筑钢结构设计-制造数据处理系统,形成钢构件排产数据流,数据在钢结构制造智能管理平台中进行统一管理(见图5)。通过边缘计算服务器将加工数据精准下发至H型钢生产线各设备,生产人员只需根据设备上的加工数据操作设备就可完成相应加工任务,检查并保证所生产构件满足钢结构规范要求。

  在生产过程中,钢板通过整条H型钢生产线)两大系统,实现从钢板到H型钢的连续自动化加工。

  (1)“清割岛”系统加工阶段:H型钢生产线生产人员将钢板吊至表面处理单元后,操控“清割岛”设备将钢板加工成后续所需的条板。表面处理单元排除钢板表面浮锈灰尘对加工的不利影响,钢板上料时自动定位,钢刷辊自适应不同厚度的钢板进行加工;切割单元设计的三工位调度上下料系统,合理安排切割工位与前后工位的钢板高效流转,切割时通过激光自动寻边技术,参照钢板边线确定切割路径,自适应定位切割头,多枪联动调整切割间距,数字化控制火焰等离子切割灵活调用,批量切割直条以及异形构件;桁架搬运单元采用的龙门结构承载稳定,导轨滑块运行 ,液压耐高温电磁式抓手耐用可靠,柔性自动调节长度,根据调度控制灵活搬运条板缓存或进入下一个加工工位。

  (2)“组焊校”系统加工阶段:作为H型钢生产线生成H型钢的主要工序,其进料单元自动搬运条板进行二次缓存,同时有序搬运条板上料用于组立加工;组立单元通过条板自动定位和伺服夹紧固定完成H型钢的组立,灵活高效适应不同构件截面,激光自动焊缝寻位跟踪,辅助机器人完成点焊。埋弧焊单元采用双缝同步焊接,自适应不同构件截面,焊接机头自动定位,精密垂直双排滚轮仿形跟踪,双弧双丝焊接高效可靠;翻转单元辊道正反方向灵活传输,协同埋弧焊单元和校正单元构件变位,适应不同构件长度对中定位;通过校正单元对构件正反向反复校正;锯切单元通过构件自动对中机构和伺服定位液压系统固定构件,锯切长度激光测距精准定位。通过各单元的整体协调完成H型钢的生产,经质检合格后进入后续二次加工工序。

  在生产过程中,以钢结构制造智能管理平台为中心进行数据管理,同时依托边缘计算技术开发的数据处理与监视控制系统(见图8),实现H型钢生产线设备数据采集、动态管理和大屏数据展示。打通了车间数据,优化资源配置和生产过程,实现车间执行、控制过程的科学管理。

  浙江建工H型钢生产线成功研发并在浙西产业园钢结构基地示范应用,生产线m,该H型钢生产线吨H型钢的能力,产品质量全部符合要求,仅需4名工人就可对钢结构制造过程中不同环节进行全程智能化控制。

  在H型钢生产线的加工范围内(翼板宽度200-600mm,腹板宽度400-800mm,翼板、腹板厚度8-60mm),每班8小时平均可以生产8根12m长的H型钢,单根H型钢重量受截面尺寸影响大,以2.5吨/根计算,则每班产能为20吨,是工厂内传统生产线倍。同时,H型钢生产过程中减少人工干预,降低工人劳动强度,仅需操作人员4人,节约50%以上的人力成本;利用H型钢生产线的程序控制和机器人高精度操作,提高产品的质量和生产效率、降低工伤事故的发生概率。该H型钢生产线项),已授权实用新型专利13项,获软件著作权5项,发表核心期刊论文2篇。

  1.缩短产品制造周期:提高制造的快速响应能力,实现高动态性、高生产、高质量和低成本的产品数字化制造。

  2.提高生产效率:通过对设备智能化提升,设备数据的采集应用,管理组织的智能化、科学化,大幅提高生产效率。相较于传统生产模式,生产效率提升2-3倍。

  3.降低材料损耗:现有工程经验构件的损耗率基本在4%-5%左右,普遍偏大,H型钢生产线从前端进行数据处理和生产排程,排版优化后可以节约1%-2%的钢材。

  4.降低能源消耗:H型钢生产线以及先进的生产组织,不仅能降低能源的消耗量,提高产品的合格率,同时减少因返工修补而产生的能源消耗。

  5.降低运营成本:H型钢生产线先进的生产方式,充分利用自动化加工工艺,降低人工成本、机械成本及能源成本等;提高构件质量,减少返工及构件报废的成本。

  6.降低产品不良品率:普通加工生产工厂焊缝的一次成形的产品合格率达到90%,经修复后达98%,采用智能化生产线后,一次成形产品合格率达到98%,修复后达98.5%,相较于传统生产方式,不良品率降低80%以上。

  H型钢生产线在浙西产业园龙游钢结构生产基地的研究及示范应用,为智能建造人才培养集聚、技术研发攻关、专业整合集成建立了重要创新平台。该项目通过改造传统的钢结构加工制造业生产方式,有利于提升钢结构行业的生产效率,增强钢结构建筑智能建造的能力。

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