新型裝配式T梁工廠生產信息化管理技術研究

劉愛曦，曹志強 （安徽建工路港建設集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 前言

引入信息化管理模式已經成為行業發展趨勢，國內大量工程建設了單獨的信息化室，切實提高了管理效率，為工程的安全、品質奠定基礎。然而國內信息化應用情況表明，裝配式構件預制工廠的信息化管理仍處于初步發展階段，基本實現了信息化，但智能化程度不高。未來應完善基于自動識別技術的信息采集系統，并將BIM 軟件系統進行深化拓展，與預制工廠構件深化設計、生產加工、運輸、現場安裝、后續運維等流程中的數據信息相結合，建立一套以新信息化技術為支撐的管理系統，在橫向上結合整個工程的其他協同方，在縱向上聯系工程項目在長期的需求。基于此，本文通過剖析新型裝配式T 梁工廠生產信息化管理關鍵技術，實現了工程建設領域的大數據積累和信息化集成，從而極大改善裝配式T 梁生產行業生產品質與管理水平。

2 工廠智能化基本理論

2.1 企業信息系統架構

企業信息系統架構反映了一個企業的信息系統中各個組成部分之間的關系以及信息系統與相關業務、相關技術之間的關系。ISA-95 是企業系統與控制系統集成國際標準，由美國儀表協會制定，定義了企業商業系統和控制系統之間的集成，將企業信息系統構架劃分為不同的層次，并且定義了不同層次所代表的功能。

第0 層：定義實際生產制造過程，代表生產設備。

第1 層：定義生產流程的感知和執行活動，代表各種傳感器、變送器和執行器等。

第2 層：定義生產流程的監視和活動，代表各種控制系統和數據采集與監視系統。

第3 層：定義生產期望產品的制造運行管理活動，包括生產調度、詳細排產、優化生產過程、維護運行和其他輔助過程。

第4 層：定義管理工廠或車間所需的業務相關活動，包括建立基本工廠/車間生產計劃，資源使用、運輸、物流、庫存等的管理。

智能工程要求各層級網絡的集成和互聯，打破原有業務流程與過程控制流程脫節的局面，使得分布于各生產制造環節的控制系統不再是信息孤島。

2.2 智能工廠架構

根據ISA-95，智能工廠架構在組成上主要分為企業層、管理層和集成自動化系統三大部分，對企業層生產的產品設計與生產過程實施統一控制，與ERP系統實現有效整合，以構建統一的頂層研發生產系統，企業管理人員、運行層、生產管理人員、現場管理層之間采用工業互聯網（現場總線、工業以太網）實現聯網，完成從生產管理到工業生產網絡底層的連接（工業系統連接），以實現生產管理流程、監測產品現場過程、收集制造設備與生產原材料數據等的服務需求。

2.2.1 管理層——生產過程管理

管理層主要實現生產計劃在制造部門的執行。管理層統一發布執行計劃，進行生產計劃和現場信息的統一協調管理。管理層通過MES 與底層的工業網絡進行生產執行層面的管控。操作人員/管理人員提供計劃執行的執行、跟蹤以及所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的當前狀態，同時獲取底層工業網絡對設備工作狀態、實物生產記錄等信息的反饋。

圖1 智慧工廠的架構圖

2.2.2 集成自動化系統

自動化控制系統的集成過程是從底層開始的、自下而上的，跨越現場層、管理層和操控層三方面，通過CPS 系統使用的TIA 技術整合現場制造裝置，建立底層工業網絡系統，在管理層使用PLC系統和企業自動控制軟件，實現生產設備的集中管理；在操控層由管理人員對整個物理網絡層的工作狀況實施監視、管理。

3 基于訂單制的信息管理技術框架

3.1 訂單制管理模式

由于訂單制明確了產品規格與供應數量，為信息化管理提供了便利，可以預設訂單數據庫，組織明確的生產計劃，期間的管理目標、考評機制都較為明確，完整的訂單制環節如圖2所示。

圖2 訂單制循環流程

為保障橋梁構件全壽命周期的性能，需要建立構件完整的檔案信息，根據生產訂單編制生產及供應計劃，將橋梁構件進行唯一編碼，為后期的原材料、生產、質量檢驗等信息的歸檔提供基礎，編碼采用RFID和二維碼雙重方式。

3.2 信息模型框架

將數據信息分為三個數據庫模塊，即基礎數據、生產數據和監控數據，基礎數據包含人員信息、設備信息及物料信息等，生產數據包含構件加工的工序信息、進度信息、質量信息，監控數據包含對工廠安全、環境的監控信息，見圖3。

圖3 信息化管理系統數據庫模塊

基礎數據服務于生產準備，提供生產條件及資源詳情；生產數據服務于運行流程，提供進度與質量管理依據；監控數據服務于生產理念，提供安全生產、綠色生產、文明生產的支撐。

每一個數據模塊管理是通過建立個體與信息單元的一一對應關系（例如將實體設備與其信息單元相對應、將實體構件與其信息單元相對應），從而實現對工廠每一個生產資源或流程的微觀掌控。根據實際需求，可進一步對個體信息按照數據庫內類別進行分組管理，例如將基礎數據中的人員信息按照工廠生產區域或工作頭銜級別進行分組，將生產數據中的構件信息按照結構類型或生產批次進行分組等。數據庫模塊內的分組管理可以將微觀信息集中進行宏觀呈現，滿足管理層對工廠不同運行局部的信息管理需求。

3.3 智能分析框架

預制工廠信息化管理系統，除具備為管理者提供信息查詢、分析及調取的被動功能以外，還應具備一套對系統數據庫內信息進行智能化分析、異常信息的主動響應與反饋的預警機制。智能分析根據智慧化程度不同，共分三個階段：

對關鍵信息的分析與呈現，包括質量、工期的情況以及人員、設備的狀態情況等，使信息接收者能夠直接發現信息存在的問題；

對單個信息進行深入分析，以預設的指標及檢驗標準分析各項管控內容的穩定程度，及時預見可能產生的風險；

對多個信息進行交叉分析，發現數據之間的深入聯系，及時查明問題產生的原因，為管理提供決策輔助。

4 一體化信息管理平臺

合樅高速一體化信息平臺面向業主、監理、梁廠、設計以及安裝施工等單位，需要滿足各單位的管理需要，開發不同的資料存儲、流轉、展示等機制，故平臺呈現內核相同、界面多樣化的情況。考慮到日常操作便利性，需要對顯示界面進行重設，重設又分別考慮前端和后端兩類信息展示需求，設計相應的界面形態。

4.1 后端平臺架構

后端平臺主要搜集并展示的信息或功能按鈕有構件信息庫、生產線信息、環保監測管理、人員及設備信息、物料信息、試驗檢測、視頻監控、人員基站定位、智能抓拍管理、系統管理。

人員及設備信息、物料信息、試驗檢測、人員基站定位由于信息種類龐大或專業性較強，跳轉至單獨的維護平臺上。人員基站定位主要服務于隧道安全監控，系統管理內置常規賬號維護。

4.1.1 構件信息庫

構件信息庫主要用于構件二維碼的保存以及梁位索引，由于工廠內預制T梁各存儲位置時刻變動，采用信息化手段快速鎖定梁體的位置，也為存儲方案的制定提供便利。

4.1.2 生產線信息生產線信息主要用于生產線監控、提交開工申請，并且搜集拌和、布料、振搗、蒸養、張拉、壓漿、三維激光掃描、噴淋等施工過程中的數據，通過全面數據搜集建立產品的完整預制信息庫。

4.1.3 環保監測管理

主要通過梁廠周圍的PM2.5、PM10 以及噪聲監測設備開展即時環保監測，將數據動態反饋在系統平臺上，及時預警超標，開展相應控制。

4.1.4 人員及設備信息

通過GPS 定位及時更新人員信息；在設備上安裝位置與狀態的監測元件，采用物聯網的方式對設備狀態進行更新，真正實現了全天候不間斷的監管。通過定位以及設置電子圍欄，確保人員和設備的安全，通過設備的維護更新資料分析，確保設備的性能狀態。

4.1.5 物料信息

物料信息主要是統計水泥、砂石料、鋼筋、鋼絞線等原材料的采購、消耗、質檢等信息，并通過推算獲得材料的存量數據，評估消耗速率、預告提前采購等。

4.1.6 試驗檢測

試驗檢測建立智慧檢測平臺，用于檢測資料的上傳、檢測流程流轉、檢測報告分析等。

4.2 前端平臺架構

前端平臺面向即時管理，其界面設計以呈現生產線實時工作狀態為主，輔以相關生產、檢測、人員、環保等管理信息。

4.2.1 生產線實時工作狀態

展示1～5 號生產線的工位占用情況，可從圖片查看梁體的所處位置，對生產過程進行總體把握。

4.2.2 生產信息統計

主要統計累計的物料庫存情況、T梁混凝土方量、生產T 梁數量等，為物料儲量預警、生產工期的把握提供管理數據。

4.2.3 檢測信息統計

檢測信息主要呈列關鍵的試塊強度以及鋼筋保護層厚度，將指標的達成情況按月展示，可以為質量控制穩定性提供管理數據。

4.2.4 人員信息統計

面向管理者，提供人員的組織情況、當前工作人員數量以及工資發放情況等。

4.2.5 環保信息統計

實時展示PM2.5、PM10 以及噪聲的情況，為環境保護的實施效果提供管理數據。

5 信息化管理目標及應用前景

5.1 信息化管理目標

工廠采用信息化管理的總體目標是在裝配式橋梁的全生命周期中，運用各種信息化手段，加強建設項目的控制，實現質量、安全、工期、成本等目標，完成項目的建設。對于T 梁預制工廠，通過過程管控，達成質量可靠、安全可控、工期可控、成本經濟、綠色環保的目標。

5.1.1 質量可靠

質量是公路交通長效安全的根本保障，也是梁廠產品競爭力的核心體現，主要圍繞質量控制開展工廠的管控工作。管理內容主要包括過程質量指標與成品質量指標，除應滿足國家規范相關要求外，還應充分發揮工廠智能生產的優勢，實現質量精進、質量控制穩定的目標。

5.1.2 安全可控

安全是工廠發展的前提，采用工廠化的方式具有先天優勢，通過機械化與作業標準化，大幅度降低了安全風險，然而仍存在違規作業等風險。針對風險點引入智能化技術，納入信息化管理框架，可以從根本上將風險控制在極低水平。

5.1.3 成本經濟

經濟性是企業的生存保障，只有通過全周期的統籌考慮以及集約化的管理，實現物料、裝備與人力資料的合理使用，合理選型可靠裝備，培訓技術人員，調配資源，儲備應急方案，避免流水卡頓的情況，最大化發揮生產線的生產效益。

5.1.4 綠色環保

工廠化生產自身具有綠色環保的優勢，應通過管理方式進一步提升綠色環保性能，具體包括加強設備的管控，減少能源消耗；確定最優蒸養工藝，減少燃燒物碳排放；統籌利用物料，減少物料損耗等。

5.2 應用前景

通過全面應用信息化技術，打通了管理、設計、施工、檢測等技術環節，實現了數據的全方位采集與存儲，并積極探索自動化檢測、智能化分析等技術，提升智能化程度。在廠內設置智控中心，實現每道工序的實施跟蹤、每個指標的可溯可查，提升了質量管控效率與管理精度。基于智能建造成套裝備打造的信息化技術，也為實現我國橋梁構件工業化建造奠定基礎。