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一、國內(nèi)預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀

預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)的發(fā)展離不開我國智能制造的宏大背景支撐。此前，我國大部分預(yù)制混凝土構(gòu)件一般采用相對(duì)粗放的方式生產(chǎn)，普遍存在自動(dòng)化程度低、作業(yè)人員多、生產(chǎn)效率不高等問題，環(huán)境與質(zhì)量控制水平也相對(duì)低下，直至建筑工業(yè)化和智能建造全面拉開智能生產(chǎn)的序幕。

機(jī)械行業(yè)的智能制造比預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)的發(fā)展要早很多，因此預(yù)制混凝土構(gòu)件行業(yè)發(fā)展智能生產(chǎn)，可借鑒機(jī)械制造等先行領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)，采取“并聯(lián)式”的發(fā)展方式，也就是要數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化“并行推進(jìn)、同步發(fā)展”。

我國各行業(yè)的智能生產(chǎn)發(fā)展與演進(jìn)大致分為三個(gè)階段：從上世紀(jì)中葉到90年代中期的數(shù)字化階段，以計(jì)算、通訊和控制應(yīng)用為主要特征；從上世紀(jì)90年代中期伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模普及應(yīng)用，生產(chǎn)進(jìn)入了以萬物互聯(lián)為主要特征的網(wǎng)絡(luò)化階段；當(dāng)前，在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器視覺等技術(shù)突飛猛進(jìn)的基礎(chǔ)上，人工智能逐漸融入生產(chǎn)領(lǐng)域，開始步入以新一代人工智能技術(shù)為核心的智能化階段。

不同行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化初始發(fā)展水平的差異，決定了其當(dāng)前“智能化”發(fā)展程度也存在一定的差異性。就總體而言，受限于人工智能技術(shù)的發(fā)展水平與制造業(yè)應(yīng)用尚未成熟，目前預(yù)制混凝土構(gòu)件的“智能生產(chǎn)”尚未達(dá)到充分的“自適應(yīng)、自決策、自執(zhí)行”的智能化階段，智能化發(fā)展依舊任重道遠(yuǎn)。

以往預(yù)制混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)大多數(shù)是大批量進(jìn)行，市場上產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著設(shè)計(jì)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，個(gè)性化定制成為各行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，一味依賴大批量條件的生產(chǎn)組織形式也必然使行業(yè)面臨難以持續(xù)發(fā)展的困境。

智能化時(shí)代的到來，以智能生產(chǎn)滿足市場的多樣化需求，是行業(yè)發(fā)展新的契機(jī)。建筑領(lǐng)域也不例外，個(gè)性化需求促進(jìn)著智能化生產(chǎn)，而智能化生產(chǎn)蘊(yùn)含的空前強(qiáng)大市場滿足能力，也激發(fā)著客戶的個(gè)性化需求欲望和潛在市場。目前客戶的建筑定制化需求日益增強(qiáng)，傳統(tǒng)制造模式在“個(gè)性化需求”潮流之下顯得無能為力、難以為繼，各企業(yè)的生產(chǎn)模式逐漸從大規(guī)模單一產(chǎn)品的批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種、變批量生產(chǎn)，或向個(gè)性化定制生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。

市場需求的變化迫使行業(yè)必須走向轉(zhuǎn)型升級(jí)之路，必須提高生產(chǎn)靈活適應(yīng)能力，采用模塊化設(shè)計(jì)、柔性制造以滿足生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求，同時(shí)需及時(shí)收集客戶定制化信息，進(jìn)一步處理并反饋，以快速響應(yīng)客戶需求，實(shí)現(xiàn)敏捷制造，這促使企業(yè)關(guān)注數(shù)字化、信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化的快速融合。為提升生產(chǎn)效率，生產(chǎn)設(shè)備之間、設(shè)備與人之間都需要建立良好的信息互通和交互，各種信息技術(shù)逐步滲透到了生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，目前條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP、MES、CAD/CAM/CAE/CAI 等技術(shù)在本行業(yè)的智能生產(chǎn)工廠中已得到廣泛應(yīng)用。

智能生產(chǎn)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的智能解析、制造過程智能化，通過建設(shè)智能生產(chǎn)工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的智能管控。作為工廠數(shù)字信息管理平臺(tái)，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Executing System)（以下簡稱MES系統(tǒng)）是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)工廠的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)工廠，MES系統(tǒng)的應(yīng)用借助信息傳遞對(duì)訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行了優(yōu)化管理，有效指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)作。可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)配件生產(chǎn)的全自動(dòng)化運(yùn)行，使生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間短、周轉(zhuǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效果明顯。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流水線、劃線機(jī)、布料機(jī)、振動(dòng)臺(tái)、堆垛機(jī)、養(yǎng)護(hù)窯、翻轉(zhuǎn)機(jī)等設(shè)備的全智能全過程控制，從而實(shí)現(xiàn)全方位信息管理，構(gòu)件全生命周期管理。生產(chǎn)線各設(shè)備智能互聯(lián)互通，高效協(xié)調(diào)運(yùn)行，智能生產(chǎn)確保了構(gòu)件質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本。并通過信息化手段，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的透明可控，規(guī)范了生產(chǎn)過程，改善了管理現(xiàn)狀。

另一方面，工業(yè)機(jī)器人等智能設(shè)備的在預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中也已經(jīng)廣泛應(yīng)用，使工廠少人化成為趨勢。例如，傳統(tǒng)構(gòu)件拆布模以往主要靠手工操作，自動(dòng)化程度低，并且工位分散、效率低。在構(gòu)件智能生產(chǎn)工廠，應(yīng)用集劃線/拆/布模功能于一體的機(jī)器人，采用激光掃描邊模識(shí)別感知技術(shù)、復(fù)雜環(huán)境的機(jī)器人路徑規(guī)劃和避障技術(shù)，集機(jī)器人本體、邊模輸送清理機(jī)、擺渡機(jī)和模臺(tái)清理機(jī)于一體，實(shí)現(xiàn)了拆裝智能化、工位集成化。激光掃描邊模識(shí)別感知技術(shù)使機(jī)器人帶動(dòng)線激光勻速進(jìn)行一次性掃描，高幀率相機(jī)提取激光圖像，同時(shí)視頻實(shí)時(shí)處理技術(shù)解析三維坐標(biāo)，邊模圖形識(shí)別算法解算邊模精確位置。機(jī)器人根據(jù)構(gòu)件圖紙形狀和尺寸計(jì)算出最優(yōu)邊模拼接組合，并根據(jù)圖紙信息、當(dāng)前邊模庫數(shù)據(jù)，以及負(fù)載變化將安全區(qū)域與危險(xiǎn)區(qū)域?qū)崟r(shí)耦合，計(jì)算出最優(yōu)路徑規(guī)劃，自動(dòng)避開障礙物到達(dá)目標(biāo)位置，大大減少了人工參與。

二、預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)技術(shù)

建立智能化生產(chǎn)工廠是建筑行業(yè)企業(yè)未來發(fā)展的必然選擇。隨著新型建筑工業(yè)化的快速發(fā)展，近年來，大量建筑行業(yè)企業(yè)已經(jīng)將預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)納入主營業(yè)務(wù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全國混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)有1200余家，生產(chǎn)線4000余條，其中三分之二左右的工廠已經(jīng)配置了自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了不同程度的智能化生產(chǎn)。

在市場驅(qū)動(dòng)作用下，我國智能制造整體水平得到了顯著提升，制造企業(yè)利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)賦能傳統(tǒng)制造業(yè)，逐步打造柔性生產(chǎn)、定制化產(chǎn)品交付等核心競爭力，形成了一批典型應(yīng)用系統(tǒng)與場景，建成了一批智能工廠，工業(yè)機(jī)器人、3D打印、智能物流裝備、工業(yè)軟件等新興產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了30%以上的快速增長，目前已發(fā)布了一大批智能制造國家標(biāo)準(zhǔn)，基本覆蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)制造全流程。在此社會(huì)化公共平臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)上，協(xié)同綠色建筑與建筑工業(yè)化發(fā)展，預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)技術(shù)亦取得了長足發(fā)展，基本情況如下：

1）針對(duì)預(yù)制混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)特點(diǎn)，初步建立了先進(jìn)適用的智能生產(chǎn)線的工廠布局與系統(tǒng)架構(gòu)理論體系，形成了一批具有自主研發(fā)與供應(yīng)能力的行業(yè)企業(yè)，預(yù)制混凝土構(gòu)件工廠的選型設(shè)計(jì)具有更大的選擇空間。

2）大部分生產(chǎn)線采用了先進(jìn)的集中控制系統(tǒng)，工廠自控系統(tǒng)平均投用率已逐步提升到60%—70%，有效提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

3）初步建立了生產(chǎn)設(shè)備的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），尤其在鋼結(jié)構(gòu)、門窗、地板等標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)線中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較為成熟的應(yīng)用。MES在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中起著中間層的作用，在ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計(jì)劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。

4）初步建立了生產(chǎn)工廠的通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工藝、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物流等制造各環(huán)節(jié)之間數(shù)據(jù)的采集與指令傳送，實(shí)現(xiàn)了智能生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化支撐。智能生產(chǎn)工廠的建立需實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)過程透明化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備端到生產(chǎn)端的集成，以滿足高質(zhì)量發(fā)展階段提出的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活的生產(chǎn)需求，當(dāng)前已經(jīng)具備了基本底層技術(shù)基礎(chǔ)。

5）建立了生產(chǎn)工廠信息化管理系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)以及基于互聯(lián)網(wǎng)的SaaS化工廠管理軟件，大部分生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程管控、關(guān)鍵工藝工序數(shù)據(jù)在線監(jiān)控，部分先進(jìn)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)，遠(yuǎn)程線上診斷故障報(bào)警、并排故逐步成為常態(tài)，有效減少了產(chǎn)線的停機(jī)率，設(shè)備和產(chǎn)線的物聯(lián)已經(jīng)逐步成為智能生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)配置，為工廠提供了輕量化的管理工具，使之更加高效、便捷。

6）智能倉儲(chǔ)（堆場）、物流系統(tǒng)開始在智能生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐步普及應(yīng)用，提升了倉庫貨位利用效率，提高了倉儲(chǔ)（堆場）作業(yè)的靈活性與準(zhǔn)確性，可合理控制庫存總量、降低物流倉儲(chǔ)人員需求數(shù)量，大幅壓縮物流倉儲(chǔ)成本。

7）智能生產(chǎn)在節(jié)能減排方面已取得明顯效果。在工廠建設(shè)、設(shè)備選型和運(yùn)營過程中，行業(yè)企業(yè)逐步建立了能源管理需求和意識(shí)，如預(yù)制混凝土構(gòu)件智能養(yǎng)護(hù)技術(shù)已經(jīng)全面普及應(yīng)用。

三、存在的問題

盡管近年智能生產(chǎn)發(fā)展迅速，但由于起步較晚，目前依舊存在諸多待解決的問題。由于預(yù)制混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝一般較為復(fù)雜，該特定領(lǐng)域的適合中國國情的技術(shù)基礎(chǔ)需要行業(yè)經(jīng)歷較長時(shí)間的積累與完善，目前智能生產(chǎn)的系統(tǒng)可靠性、生產(chǎn)靈活性、投入產(chǎn)出比還需要進(jìn)一步提高，不僅如此，行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)主要有：

（1）預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)的細(xì)分行業(yè)技術(shù)路徑缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，評(píng)價(jià)與導(dǎo)向機(jī)制缺乏。智能生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)投入巨大，周期長，技術(shù)復(fù)雜度高，大量研發(fā)方向不正確，導(dǎo)致出現(xiàn)“智能化陷阱”，諸多企業(yè)在創(chuàng)新中經(jīng)營困難，嚴(yán)重影響了行業(yè)的健康發(fā)展。行業(yè)學(xué)、協(xié)會(huì)、政府主管部門應(yīng)盡快組織行業(yè)力量有序規(guī)劃發(fā)展路徑，發(fā)布分領(lǐng)域指南，避免社會(huì)資源浪費(fèi)。建筑部品、部件生產(chǎn)業(yè)企業(yè)在智能化生產(chǎn)工廠建設(shè)過程中，應(yīng)在合理且有延續(xù)性的整體規(guī)劃與頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，沿著“智能生產(chǎn)要素—智能生產(chǎn)能力—智能生產(chǎn)系統(tǒng)”的發(fā)展方向，分階段且持續(xù)性地獲取智能生產(chǎn)要素，推動(dòng)智能生產(chǎn)的發(fā)展。

（2）行業(yè)發(fā)展所需要的支撐性專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)缺乏。急需出臺(tái)預(yù)制混凝土構(gòu)件、鋼筋加工等的智能生產(chǎn)裝備及其專用軟硬件系統(tǒng)、平臺(tái)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，該部分標(biāo)準(zhǔn)目前缺失率較高，嚴(yán)重影響了智能生產(chǎn)水平的提升。其中特別是很多裝備制造企業(yè)、構(gòu)配件生產(chǎn)企業(yè)對(duì)“智能化”概念定義不清晰，經(jīng)常把智能化、自動(dòng)化混為一談，導(dǎo)致“智能化”概念混亂、名實(shí)不符，往往誤導(dǎo)下游用戶和管理決策者，影響了行業(yè)的健康發(fā)展，因此行業(yè)急需制定智能生產(chǎn)的分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以統(tǒng)一行業(yè)對(duì)智能化的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范化市場秩序。

但該部分標(biāo)準(zhǔn)非短期內(nèi)能夠補(bǔ)齊和成熟，需要全行業(yè)有計(jì)劃、系統(tǒng)地分工協(xié)作完成，因此行業(yè)智能化之路任重而道遠(yuǎn)，期間各方力量需要高效協(xié)同，共同解決標(biāo)準(zhǔn)研制問題。

（3）行業(yè)企業(yè)信息化基礎(chǔ)薄弱，嚴(yán)重制約智能生產(chǎn)的高效運(yùn)行，甚至導(dǎo)致智能生產(chǎn)無法運(yùn)行。當(dāng)前工廠的人員構(gòu)成基本以外包團(tuán)隊(duì)和少數(shù)的管理人員組成，并沒有專業(yè)化的信息化基礎(chǔ)。同時(shí)大多數(shù)企業(yè)都試圖用管理軟件的實(shí)施倒逼管理人員數(shù)字化意識(shí)建立，然而在企業(yè)沒有基礎(chǔ)的數(shù)字化、信息化管理流程前提下，員工更是沒有按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)的習(xí)慣。那么，即使工廠配置了信息化系統(tǒng)，也會(huì)因?yàn)槁氊?zé)不清、流程不明、數(shù)據(jù)不真實(shí)、執(zhí)行不到位等因素導(dǎo)致軟件無法落地，信息化水平無法提升，智能生產(chǎn)無法全面普及和發(fā)揮應(yīng)有的作用。

（4）智能生產(chǎn)專業(yè)人才短缺，基層技能人才培養(yǎng)基礎(chǔ)薄弱。行業(yè)不僅需要新生力量的注入，更需要對(duì)現(xiàn)有從業(yè)人員進(jìn)行大面積專業(yè)提升，以保證行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，目前行業(yè)企業(yè)存在師資和培訓(xùn)資源缺乏等問題，大量從業(yè)人員知識(shí)結(jié)構(gòu)陳舊，難以適應(yīng)智能化升級(jí)，制約了行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

（5）智能生產(chǎn)線裝備供需矛盾突出。目前預(yù)制混凝土構(gòu)件的需方市場以非標(biāo)化為主特征，而大部分行業(yè)裝備生產(chǎn)能力仍處于經(jīng)典制造模式，現(xiàn)有裝備同質(zhì)化嚴(yán)重、產(chǎn)能過剩，而滿足柔性生產(chǎn)的部品部件生產(chǎn)裝備及其新工藝?yán)碚搰?yán)重缺失，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性短缺。

（6）既有傳統(tǒng)生產(chǎn)線的存量問題制約行業(yè)發(fā)展。前期已經(jīng)建成的大部分生產(chǎn)線均難以滿足智能化時(shí)代的市場需求，其靈活性不足、能耗高，很多生產(chǎn)線剛建成即過時(shí)，利用率不高，造成大量社會(huì)資源的閑置與浪費(fèi)，但由于生產(chǎn)線投資巨大，大部分生產(chǎn)線的建成時(shí)間不超過5年，企業(yè)難以下決心將其淘汰。對(duì)既有生產(chǎn)線如何進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的智能化升級(jí)改造是擺在行業(yè)面前的現(xiàn)實(shí)問題。

四、結(jié)語

目前，我國預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)正處于由粗放式、勞動(dòng)密集型企業(yè)向技術(shù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，智能化已經(jīng)在整個(gè)轉(zhuǎn)變過程中起到至關(guān)重要的作用。但是，由于發(fā)展歷史相對(duì)較短、綜合技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，我國預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)領(lǐng)域的智能化與歐美等國家相比還有相當(dāng)差距，如前所述，我國預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)還存在諸多問題，任重道遠(yuǎn)，尤其在支撐智能生產(chǎn)的基礎(chǔ)軟件和高可靠性裝備方面缺乏供給能力，技術(shù)原創(chuàng)力不足，需要行業(yè)正視問題，有關(guān)主管部門加強(qiáng)政策引領(lǐng)和頂層規(guī)劃，行業(yè)同仁一步一個(gè)腳印，解決存在的問題，逐項(xiàng)攻克核心關(guān)鍵技術(shù)，盡快實(shí)現(xiàn)整體提升，助力智能建造全面綜合發(fā)展，從而促進(jìn)建筑業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。