不確定條件下鐵塔構型快速重構制造系統研究

顏建平

(廣東省電力線路器材廠有限公司，廣州 510450)

不確定條件下鐵塔構型快速重構制造系統研究

顏建平

(廣東省電力線路器材廠有限公司，廣州 510450)

全球經濟刺激了市場競爭，產品的客戶需求越來越個性化，種類和市場的生命周期增加。為了獲取和保持競爭優勢，制造企業需要一種既具有規模化生產的經濟效益，又能快速適應動態多變的制造環境的制造系統，而可重構制造系統是滿足這一需求的有效途徑。鐵塔建設受電氣尺寸的塔頭，結構強度優化等因素的影響，使原有的塔樓結構設計非常大，很難達到技術水平的絕對精度設計，因此很難在現實中實現針對某一具體項目。依據塔的形狀特點，利用可重構制造系統能高效優化鐵塔構型，對提高設計典型塔樓的設計質量具有重要作用，同時也有利于推進輸電線路建設。

鐵塔 自動化制造 構型優化 重構制造系統

引言

近年來，我國制造業發展迅速，制造業產值逐漸高于美國，成為世界上最大的生產國。然而，中國制造業的生產效率還遠遠低于美國和其他西方發達國家，與制造業產值來衡量的生產效率，中國目前只有美國的1/8，中國的制造業是大而不強。全球經濟刺激了市場競爭，產品的客戶需求越來越個性化，導致產品種類和市場的生命周期增加。為了獲取和保持競爭優勢，制造企業需要一種既具有規模化生產的經濟效益，又能快速適應動態多變的制造環境的制造系統。因此，提高我國制造業的國際競爭力，提高制造業競爭力是提高制造業效率的有效途徑，而可重構制造系統是滿足這一需求的有效途徑。

隨著人口的增加，經濟的發展，工業的發展，電力負荷與電力負荷之間的距離越來越大，輸電線路的建設投入越來越多，使輸電線路電壓等級提高，線路的數量增多，交付能力極大，交貨距離等方面持續發展。同時，輸電線路鐵塔建設投資占投資總額的30%以上。由于多種因素，如電氣尺寸的塔頭，結構強度優化等。這些因素使原有的塔樓結構設計非常大，很難達到技術水平的絕對精度設計，因此很難在現實中實現針對某一具體項目。

1 不確定條件下快速重構制造系統

市場環境是動態多變的，產品種類越來越多，制造系統必須適應這種“個性化”的需求，才能在競爭激烈的市場中立于不敗之地。傳統生產線是一種剛性生產線（DML），適合大批量生產，單一品種或多品種的生產模式少，效率高，生產成本低，但不能適應動態多變的市場及多品種的生產方式，在20世紀70年代末興起的柔性制造系統（FMS）改變了剛性生產線，可實現多種高效零件加工，但備用模塊、冗余功能閑置，投資大，生產成本高，難以滿足市場的需求。因此，滿足多品種，中、小批量生產的需求，是生產模式重構的迫切需要。20世紀末，密歇根大學教授提出了可重構制造系統（RMS），認為其可以解決上述問題。該系統通過重建和重用的方法，實現了特定部分的處理。核心思想是最大限度地利用設備和最低成本的重新配置。國內外許多學者進行了大量研究，主要集中在機械系統改造和控制系統改造方面。由于在實際生產過程中零件的類型不同，生產過程不同，交貨時間不同，因此，操作人員極易出現錯誤。根據實際工作經驗，生產車間存在各種問題，特別是調度問題，在日常生產中，每個車間都有調度，整個車間中的調度人員是最忙的，其工作主要包括發布計劃、監督、促進生產、控制質量、協調部門之間的關系等。如何運用現代化管理手段，用科學的方法來安排車間，對工廠和整個制造業是一個非常重要的事情。

2 鐵塔構型快速重構優化設計

2.1 鐵塔的類別、各自的特點及應用范圍

輸電線路鐵塔在特定類別中的應用。輸電線路鐵塔具有支撐和架空導線、接地線等附件的作用，電線與電線、電線與鐵塔、導線與地線、地線或跨接地或交叉的食品結構安全距離的規定。按照塔在輸電線路上的使用，對直線塔、拉力塔、角塔、換位塔、跨塔和終點塔。在線路上設置直線塔、應變塔，在轉彎處設置轉角塔，在兩側交叉設置高過塔，為平衡三線阻抗，每隔一定距離都要設有換位塔，輸電線路和電氣結構都連接到了終點站的建立。

根據塔的結構材料對鐵塔進行分類，采用輸電線路鐵塔，主要是鋼筋混凝土柱和塔。從結構的整體穩定性來看，鐵塔可以分為保持自立塔、拉線塔。塔的結構形式多種多樣，從我國已建成的輸電線路來看，超過110kV輸電線路電壓等級的，通常采用自立塔；電壓等級小于66kV，常采用鋼筋混凝土電桿。拉線塔主要用來平衡塔橫向荷載和線張力，減少根部彎矩。拉線塔使用拉線可以減少材料消耗，降低線路成本。在平坦地區，拉線桿塔使用較為頻繁。下圖是幾種常見拉線塔的基本構型。圖1為單桿的鋼筋混凝土拉線塔結構。

圖1 鋼筋混凝土拉線單桿

圖2，圖3分別為雙桿的鋼筋混凝土拉線塔結構。

依據塔搭建的地形地貌特點及塔的實際應用需求和形狀特點，利用可重構制造系統能高效優化鐵塔構型，有利于提高設計典型塔樓的設計質量，促進輸電線路建設。

圖2 鋼筋混凝土拉線雙桿（A型）

圖3 鋼筋混凝土拉線雙桿（八型）

2.2 鐵塔結構優化設計的概念和內容

為滿足塔的要求，對塔的模型進行優化，以減少塔的尺寸和典型的塔頭尺寸。塔結構優化的內容包括鐵塔結構尺寸、結構布置、材料選用、構件尺寸、結構等。例如，斜坡塔的塔直接影響塔的材料和傾斜的長度、大小。增加大小的變量減少，根據實際經驗，單回路直線塔的塔身坡度一般在7%～16%，單回路轉角塔的塔身坡度一般在10%～15%，雙回路直線塔的塔身坡度一般在12%左右；整個基地塔基礎力小塔中杰出的作用，工程經驗表明，塔的高度和根比大多在4～9，當根開口增大，提倡物質力量，材料規格，但根和過大的電纜材料和輔助材料，對復雜的形式布局，但增加了塔的重量也增加了產品的成本。

2.3 從結構強度的角度對典型鐵塔進行結構優化

傳統設計方法主要是手工方法，采用結構力學和有限元法分析結構的各個組成部分的塔結構，使設計計算的工作人員必須有豐富的經驗，在塔設計。采用有限元法對塔結構進行分析，在工程中通常采用空間桁架模型。但考慮到主梁的特點和在各個角度的連接點都采用連接板連接，因此，有的設計計算的工作人員在有限元分析時，簡化了鋼結構的空間剛架模型分析。但這種簡化的剛性框架模型和桁架模型的區別并沒有有效解決。采用國內先進的全應力計算程序對典型塔式結構進行優化計算，由于在編制計算機程序時使用的柔性矩陣極為不方便，因此，使用的軟件是有限元法的剛度矩陣。采用幾何線性和幾何非線性的方法，進行塔結構內力分析。這種方法的雛形是結構力學中的位移法。這里所說的全應力是比較充分的應力，而事實上，由于寬翼緣和翼緣的厚度范圍較大，所以從材質上講，很難實現一個塔的整體構件完全有應力。即使角度規格變細，由于結構的限制，也不可能使塔組件完全滿足壓力狀態，最終只有一個一定程度的壓力狀態可以滿足。

3 結語

在對典型的塔數據進行優化后，典型的塔重量減少了2%，因此，優化后的塔可以被應用到實際工程中。從本文可以看出，輸電塔的設計非常復雜。雖然結構優化可以用力計算程序，但由于規格角度，強度的材料等原因，它仍然很難讓每個塔桿件的設計達到充分應力狀態。結合設計理論、數理統計和概率分析概率極限狀態設計方法，也不能使所有設計參數達到完美。但是，優化塔結構尺寸，提高電氣自動化的程序開發和使用要求，可以為未來的工作提供方便。

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Study on the Rapid Reconfiguration Manufacturing System of Tower Configuration under the Condition of Uncertainty

YAN Jianping
(Guangdong Electric Power Line Equipment F actory Co., Ltd.,Guangzhou 510450)

The global economy has s timulated the market competition, the cus tomer demand for the product is becoming more and more individual, the life cycle of the product and the market increases. In order to obtain and maintain the competitive advantage, manufacturing enterprises need a kind of economic benefits of scale production, and can quickly adapt to the dynamic and changeable m anufacturing environment. The reconfigurable manufacturing system is a n effective way to meet this demand. Tower construction due to many factors, such as the electrical size of the tower head, structural strength optimization and other factors make the original tower structure design is very large, and now it is difficult to achieve the abs olute accuracy of the design, it is difficult to achieve in reality for a s pecific project characteris tics. According to the shape of the tower, the use of reconfigurable manufacturing system can optimize the st ructure of the t ower, which is very important for improving the design quality of the typical tower.

steel tower, automated manufacturing, configuration optimization, reconfiguration manufacturing system