智能化装配式建筑预制混凝土构件制造技术与装备doc.docx
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智能化装配式建筑预制混凝土构件制造技术与装备doc
科技进步奖推荐号：
120-439
项目名称
智能化装配式建筑预制混凝土构件制造技术与装备
提名单位
河北省教育厅
项目简介
项目属于机械工程领域，涉及机械制造自动化、自动控制技术、计算机应用等相关学科。
装配式建筑是世界建筑行业的重大变革，是我国加快城市现代化和新型城镇化建设、实现绿色建筑和可持续发展的必不可少的革命性力量。
预制混凝土构件（PC,PrecastConcrete）的工厂化生产是实现装配式建筑最为关键和最具挑战的环节。
我国装配式建筑PC构件结构复杂、品种繁多、批量多变，目前的生产技术难以实现多种品类、多种批量的混流生产，落后的全生产周期信息化、智能化水平也无法支撑高质量的工业化生产。
因此，积极发展兼具大批量生产模式高效性和小批量生产模式灵活性的PC构件柔性制造技术势在必行，对我国装配式建筑产业具有重大的科学意义和应用价值。
项目以实现多品种、变批量的PC构件柔性制造为目标，集成多学科专业，通过产、学、研合作，历经多年科学研究和技术攻关，取得了一系列创新成果：
1、提出了装配式建筑PC构件的柔性制造方法。
将柔性制造思想融入PC构件生产，国际上首次提出装配式建筑PC构件的柔性生产线建设方案，解决了PC构件多品种、变批量、转场频繁的生产难题。
2、研制了面向PC构件柔性生产的成套数字化制造装备。
数控混凝土布料机与多维变频振动台组成的精确布料单元、成组模具机器人与中央运输车组成的柔性搬运单元、立体蒸养舱与多功能码垛车组成的智能养护单元、空中飞车与数控搅拌站组成的混凝土智能输送单元等成套装备的研制，有力地支撑了PC构件的柔性生产。
3、研发了集成PC构件全生产过程的智能信息管理系统。
自主开发了生产线资源规划、制造执行、成品堆场管理等信息管理子系统，并制定统一的数据传输标准，集成于云平台进行智能控制，实现了PC构件柔性生产全过程的信息化和智能化，为装配式建筑PC构件全寿命周期的信息化管理奠定了关键基础。
4、完善了装配式建筑与PC构件技术标准体系。
系统建立了多专业集成、适应多品种变批量的PC构件工业化生产技术体系，核心技术应用于《装配式建筑评价标准》等国家标准与《装配式混凝土构件制作与验收标准》等地方标准的制定，完善了装配式建筑产业相关技术标准体系。
项目形成的成套技术装备可实现我国装配式建筑PC构件的多品种、变批量柔性生产，具有完全自主知识产权，在中国建筑、中国铁建、北京住总等得到广泛应用。
依托本项目已建设完成230余条PC构件生产线，近三年实现新增产值约6.12亿元；项目形成4套国家及地方标准，获得4项发明专利授权、4项软件著作权登记、11项实用新型专利授权，培养装配式建筑和柔性生产领域技术骨干八百余名，主要完成单位之一的河北新大地公司于2015年和2017年分别通过国家住宅产业化基地和装配式建筑产业基地的评审，并被国家住建部列为装配式建筑人才培训基地。
项目在装配式建筑装备制造领域推广前景十分广阔，为中国装配式建筑的发展提供了有力的技术、装备、人才和标准支持。
主要完成单位及创新推广贡献
（1）石家庄铁道大学
石家庄铁道大学作为第一完成单位，负责项目的总体科学规划、可行性研究和技术路线设计等，联同其他主要完成单位共同组建“装配式建筑预制混凝土构件柔性生产系统技术与装备”研究团队，领衔攻克多品种变批量PC构件柔性生产的一系列技术难题，形成了集成标准、工艺、装备、生产线、信息化等全过程的完善的PC构件柔性生产技术体系与成套装备。
石家庄铁道大学在该项目中的创新推广贡献表现为：
主持建立了多品种变批量PC构件的工业化生产技术体系，国际上首次提出了面向PC构件的柔性生产线建设方案及其可重组移动方案，并主持研制了PC构件成套核心制造装备，使柔性生产线建设方案得以实现，强力支撑了多品种、变批量、转场频繁的装配式建筑PC构件的柔性生产。
同时，主持开发了智能识别、智能供料等信息管理系统，有力支持了PC构件柔性生产过程的全面信息化。
石家庄铁道大学对本项目创新点1、2、3、4均有重要贡献。
（2）河北新大地机电制造有限公司
河北新大地机电制造有限公司作为第二完成单位，主要负责生产线装备的制造、安装、调试，以及项目成果在装配式建筑PC构件生产中的推广应用。
河北新大地机电制造有限公司在该项目中的创新推广贡献表现为：
直接参与PC构件的工业化生产技术体系的建立，参编多套国家及地方标准。
主持PC构件柔性生产线的成套装备的制造、安装及调试等工作，并主持开发了企业资源计划系统、成品管理系统、云监控平台等信息化管理系统，使柔性生产线得以建成和运行。
同时，依托企业自身优势，主持项目在建筑行业中的实践和应用，从而实现PC构件柔性生产成套设备和应用技术在整个国内装配式建筑领域内的推广。
目前依托本项目已建设完成130余条PC构件生产线，累计实现产值约3.5亿元，并于2015年和2017年分别通过国家住宅产业化基地和装配式建筑基地的评审，并被国家住建部列为装配式建筑人才培训基地。
河北新大地机电制造有限公司对本项目创新点1、3、4有重要贡献。
（3）河北省机电一体化中试基地
河北省机电一体化中试基地作为第三完成单位，主要负责作为PC构件生产关键环节的蒸汽养护舱以及布料车相关控制系统的设计研发工作。
河北省机电一体化中试基地在该项目中的创新推广贡献表现为：
主持研制了PC构件蒸养舱码垛系统，以DP通讯和以太网通讯混合组网、可靠定位系统及重载电机动态调节，实现了码垛系统连续全自动存取和PC构件蒸养工序的全自动化；主持研制了重载型布料车的高精度定位系统，实现了高效、节能、安全的布料车高精度定位控制，并深度参与开发了生产线云监控平台。
配合河北新大地机电制造有限公司合作推广混凝土构件生产线设备100余套，并参与各地生产线控制系统的安装及软硬件调试工作。
河北省机电一体化中试基地对本项目创新成果2、3做出了重要贡献。
（4）中铁十一局集团汉江重工有限公司
中铁十一局集团汉江重工有限公司作为第四完成单位，主要负责混凝土构件的成形工艺研究与试验。
中铁十一局集团汉江重工有限公司在该项目中的创新推广贡献表现为：
依托工程单位优势，主持研究了多品种混凝土构件的成形工艺，并进行了一系列成形试验，为PC构件生产工序的设计、生产线设计均提供了重大指导、改进建议。
负责了PC构件生产线智能识别系统的检测特征设计，支持了PC构件柔性生产的信息化。
中铁十一局集团汉江重工有限公司对本项目创新点1、3做出了重要贡献。
推广应用及经济社会效益情况
（1）推广应用及经济效益情况
装配式建筑PC构件采用工厂柔性化连续生产线的生产理念，其生产形式具有自动化程度高、劳动强度低、产量及产品质量稳定等特点。
石家庄铁道大学、河北新大地机电制造有限公司、河北省机电一体化中试基地和中铁十一局集团汉江重工有限公司合作开发、研制的柔性生产线已广泛应用于中国建筑、中国铁建、北京住总、北京市政路桥燕通建筑构件有限公司、承德绿建、黑龙江宇辉、南京绿野、秦皇岛阿尔法工业园开发有限公司等预制构件厂，该生产线产品成本控制在1000万元以内，企业年新增产值30%以上，累计创造产值3.5亿元。
（2）社会效益情况
装配式建筑PC构件柔性生产系统以技术创新为基础，完全自主研发，用国产化设备自主建设我国装配式住宅。
同时，柔性生产系统制造出的高质量预制构件，为装配式建筑的建设提供重要的技术和质量保障。
PC构件柔性生产系统面向环境的设计理念，符合住宅产业绿色施工的要求。
鉴于工地现浇施工的缺点，在设置工厂时除考虑建厂所应具备的基本条件外，还尽量考虑利用永久工程的基本设施，以减少临时工程影响环境。
设有污水处理系统和脱模剂喷涂回收系统，经处理后循环使用。
通过以上措施进一步减少了施工中对环境的污染。
本项目培养装配式建筑和柔性生产制造等领域技术骨干人才八百余名，主要完成单位之一的河北新大地公司于2015年和2017年分别通过国家住宅产业化基地和装配式建筑基地的评审，并被国家住建部列为装配式建筑人才培训基地。
项目在住宅产业化和装备制造等领域推广前景十分广阔，为中国装配式建筑的发展提供了有力的技术、装备、人才和标准支持。
代表性论文专著目录
1.韩彦军,张良,张宇,王艳莉.基于并联机构的混凝土振动台设计[J].混凝土与水泥制品,2016（8）:
73-76.
2.韩彦军,赵承芳.基于ANSYS的PC构件自动化养护堆垛机的设计[J].混凝土与水泥制品,2013（3）:
70-72.
3.马金光,韩彦军.基于效率优化的布料机运动参数关系的研究[J].混凝土世界,2018（11）:
89-92.
4.张良,王艳莉,韩彦军,张凯.基于开放式数控系统的置模机械手控制系统设计[J].混凝土与水泥制品,2016（11）:
73-76.
5.庞增拴,邓菲.混凝土预制构件码垛控制系统设计[J].机床与液压,2016,44（10）:
31-33.
6.高振国,马月辉,姚懿德,耿鹏.混凝土拌和站设备管理与生产工艺[M].中国电力出版社,2018.
主要知识产权证明目录
1.已授权发明专利：
韩彦军；纪争建；赵卫民；郝志峰；樊国清.螺旋布料机,ZL201210562064.1.
2.已授权发明专利：
杨绍普；郭文武；韩彦军；田甜；李敏霞；张建超；王军.混凝土预制构件可重组移动式生产系统及其生产方法,ZL201410650135.2.
3.已授权发明专利：
靳晔；庞增拴；王勇；邓菲.大型水泥构件蒸养窑全自动码垛系统及其控制方法,ZL201610150980.2.
4.已授权发明专利：
王勇；庞增拴；邓菲；李天智；张雷.一种节能型重载布料车高精度定位系统及其控制方法,ZL201510900120.1.
5.已授权实用新型专利：
韩彦军；郭文武；张良；王艳莉；白晓军；张淑凡；贾军朋；党振；高玉浩,一种墙板柔性生产线.ZL201521035778.2.
6.已授权实用新型专利：
梁晓；韩彦军；郭文武；马月辉；张淑凡；庞增拴；赵青龙.基于机器视觉的环形生产线模台自动化识别装置,ZL201821545449.6.
7.已登记软件著作权：
新大地生产线管理系统[简称:
生产线管理]V1.0
8.已登记软件著作权：
新大地PC构件生产线远程云监管平台[简称:
PC构件生产线云监管]V2.1
9.已颁布国家标准：
装配式建筑评价标准
10.已颁布国家标准：
桁架钢筋混凝土叠合板（60mm厚底板）
主要完成人情况表（排名、姓名、技术职称、工作单位、对本项目技术创造性贡献、曾获奖励情况）
排名
姓名
技术职称
工作单位
完成单位
贡献
曾获奖情况
1
韩彦军
副教授
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
项目负责人，负责项目总体工作和组织实施。
对创新点1贡献：
主持PC构件柔性生产线的总体规划设计，提出将柔性制造系统融入PC构件工业化生产的新方案；对创新点2贡献：
重点负责智能化混凝土布料机、多频并联振动台等关键制造装备的研制；对创新点3贡献：
参与PC构件生产线云监控平台和生产线资源计划管理系统的研发；对创新点4贡献：
参与PC构件工业化技术体系的建立，参编地方标准两项。
《高速铁路无砟轨道板生产系统关键装备研制与关键技术研究》2012年获得河北省科技进步二等奖，排名1。
2
庞增拴
高级工程师
河北省机电一体化中试基地
河北省机电一体化中试基地
对创新点2贡献：
重点负责预制混凝土构件蒸汽养护舱的码垛系统及其控制方法的设计研发，提出了立体化蒸养舱+柔性码垛车的PC构件自动、柔性养护策略，实现了蒸养系统的全自动码垛控制；对创新点3贡献：
主持PC构件码垛系统远程云监管平台的研发工作，将生产线养护单元的信息流纳入全生产周期的统一信息化管理中。
3
梁晓
讲师
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
对创新点2贡献：
参与智能混凝土布料机精确检测系统及装置的研发，基于视觉技术和激光测距技术提出了重建、拼接和图像质量增强等算法；对创新点3贡献：
重点负责PC构件环形生产线的智能识别系统研发，提出基于单目机器视觉+模台数字标识的自动化识别策略、方法及装置，并参与PC构件上游的特征建模、参数化设计等模块的研发工作。
4
马月辉
教授
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
对创新点2贡献：
重点负责负责PC构件生产线混凝土拌和站的配套研发及工艺规划，提出了多种混凝土拌和方法及相关技术，并负责以及蒸汽养护系统及其他核心装备的控制模块设计研发；对创新点3贡献：
参与PC构件生产线视觉识别系统及装置的研发、调试工作，提出了基于多目视觉的混凝土表面检测方法及装置，能够进行大视场构件检测。
5
张淑凡
高级工程师
河北新大地机电制造有限公司
河北新大地机电制造有限公司
对创新点1贡献：
依托企业自身优势，深度参与PC构件柔性生产线的前期规划和试制、安装、调试等建设工作；对创新点3贡献：
重点负责PC构件生产线云监控平台和生产线资源计划管理系统的研发，使得PC构件全生产周期的各种信息流得以在相同数据传输标准下统筹于一个统一的云平台；对创新点4贡献：
参与PC构件工业化技术体系的建立，参编国家级标准2项、地方标准两项。
6
赵青龙
高级工程师
中铁十一局集团汉江重工有限公司
中铁十一局集团汉江重工有限公司
对创新点1贡献：
依托工程单位优势，负责预制混凝土配合比试验和PC构件成形工艺试验，为PC构件生产线工艺设计提供了指导和建议。
对创新点3贡献：
在PC构件生产线视觉识别系统研发过程中，从不同配合比预制混凝土的表面特征差异为视觉识别系统的研发提供了重大改进建议，并参与了识别系统在多种工厂、工程环境下的试验与调试工作。
获2003年度河北省科技进步三等奖第4名；2005年度河北省科技进步三等奖第3名；2014年度河北省“三三三人才工程”第三层次。
7
李敏霞
副教授
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
对创新点1贡献：
参与PC构件柔性生产线的可重组移动方案设计，参与了布料机和翻模机的移动式改造方案和整条生产线转场移动方案的设计；对创新点2贡献：
重点负责PC构件蒸汽养护工艺设计、热量计算、管道布置、蒸汽养护舱的温度控制系统设计等工作，,并对蒸养系统的节能运行进行了系统分析，提出了节能降耗新措施。
《高速铁路无砟轨道板生产系统关键装备研制与关键技术研究》2012年获得河北省科技进步二等奖，排名5。
8
张建超
副教授
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
对创新点1贡献：
参与PC构件柔性生产线的可重组移动方案设计，提出了轨行式的移重组策略；对创新点3贡献：
负责预制PC构件柔性生产线中布料机与振动台等布料系统、机器人与运输车等作业系统、蒸养舱与码垛车等养护系统各个制造装备与生产线制造执行系统的接口研发工作。
《高速铁路无砟轨道板生产系统关键装备研制与关键技术研究》2012年获得河北省科技进步二等奖，排名2。
9
王勇
高级工程师
河北省机电一体化中试基地
河北省机电一体化中试基地
对创新点2贡献：
重点负责重载布料车定位控制系统研发，研发了高精度、高效率、节能、安全的布料车定位系统。
同时负责蒸养舱码垛控制系统和上位机监控系统研发，基于组态软件、OPC技术设计了全自动蒸养窑码垛控制系统，并将认知技术应用在码垛车走行系统中，使其具备了相当精确的位置控制精度。
2003年度河北省科技进步三等奖第5名；2005年度河北省科技进步三等奖第4名；2015年度河北省“三三三人才工程”第三层次人选。
10
郭文武
教授
石家庄铁道大学
石家庄铁道大学
对创新点1贡献：
重点负责PC构件柔性生产线可重组移动式生产方案的设计，提出了移动式制造装备+面层处理一体机+地面走行轨道组的方案，并参与PC构件环形生产线的规划设计工作；对创新点3贡献：
参与PC构件柔性生产线视觉识别系统的研发。
获国家科学技术进步二等奖1项、河北省科技进步一等奖1项、河北省科技进步二等奖2项。
完成人合作关系说明
本项目由石家庄铁道大学（第一完成单位）、河北新大地机电制造有限公司（第二完成单位）、河北省机电一体化中试基地（第三完成单位）和中铁十一局集团汉江重工有限公司（第四完成单位）共同完成。
各完成单位分工明确、优势互补、联合攻关，自2011年开始对装配式建筑预制混凝土构件存在的体系结构复杂、品种规格繁多、生产效率低、劳动强度大等问题进行了深入研究，历经数年科技攻关，合作提出了装配式建筑预制混凝土构件柔性化生产系统的成套技术与装备。
本项目的主要完成人及排名情况为：
韩彦军/1、庞增拴/2、梁晓/3、马月辉/4、张淑凡/5、赵青龙/6、李敏霞/7、张建超/7、王勇/8、郭文武/10。
主要完成人的合作关系如下：
完成人韩彦军、梁晓、马月辉、李敏霞、张建超、郭文武均为石家庄铁道大学教师，是石家庄铁道大学建筑工业化研究团队核心成员，已进行长期合作。
在本项目实施过程中，团队成员自2011年开始，陆续合作承担了“装配式住宅叠合板柔性生产线研制（131080111A）”、“预制混凝土构件智能化生产成套装备的研制（176080807A）”等科研项目，完成了柔性生产线中模具机器人、智能混凝土布料机、柔性RGV、智能视觉识别系统、制造执行系统等多项设备（系统）的机械、电气、软件设计工作，并合作申请了ZL201410650135.2等专利。
河北新大地机电制造有限公司投入试制费用，完成了试制、试验、调试等工作，并开展推广应用。
石家庄铁道大学（韩彦军、郭文武等）与河北新大地机电制造有限公司（张淑凡等）自2011年开始展开本项目的合作，在PC构件柔性生产线及其核心制造装备上展开合作攻关，共同承担了“装配式混凝土预制构件智能化柔性生产系统研究（2017-K9-018）”、“PC构件生产线用模具机器人的研制（161080201A）”等科研项目，并共同申请了ZL201521035778.2等专利。
河北省机电一体化中试基地（庞增拴、王勇等）、石家庄铁道大学（马月辉、李敏霞等）接受河北新大地机电制造有限公司的委托，完成了PC构件柔性生产核心技术装备——码垛蒸养系统的设计。
其中李敏霞重点完成了蒸养舱的养护工艺设计及温度调节系统设计、马月辉完成了蒸养控制系统的研制；庞增拴、王勇等完成了码垛控制系统、上位机监控系统的研发。
庞增拴、王勇合作主持了“大型水泥构件蒸养窑全自动码垛控制系统（151130471A）”，并共同申请了ZL201610150980.2等专利。
石家庄铁道大学（韩彦军、梁晓、马月辉、郭文武等）、河北新大地机电制造有限公司（张淑凡等）、河北省机电一体化中试基地（庞增拴等）和中铁十一局集团汉江重工有限公司（赵青龙等）联合开展了装配式建筑PC构件生产线智能化识别系统的研发，其中，韩彦军、梁晓、马月辉、郭文武主要负责视觉识别系统的硬件、软件设计，张淑凡主要负责整套系统的测试、试验，庞增拴主要负责识别系统自动控制模块，赵青龙主要负责不同配比混凝土构件表面检测特征的设计。
共同申请了ZL201821545449.6等专利。
石家庄铁道大学（马月辉等）与中铁十一局集团汉江重工有限公司（赵青龙等）联合开展了装配式建筑混凝土预制构件混凝土配合比试验及构件生产工艺研究，合作编制了相关设备的操作规程。
完成人合作关系情况汇总表
序号
合作方式
合作者/项目排名
合作时间
合作成果
备注
1
共同专利
韩彦军/1；李敏霞/7；张建超/8；郭文武/10
2014
发明专利：
混凝土预制构件可重组移动式生产系统及其生产方法（ZL201410650135.2）
已授权
2
共同专利
庞增拴/2；王勇/9；
2016
发明专利：
大型水泥构件蒸养窑全自动码垛系统及其控制方法（ZL201610150980.2）
已授权
3
共同专利
韩彦军/1；张淑凡/5；梁晓/3；马月辉/4；庞增拴/5；赵青龙/6；郭文武/10
2018
实用新型专利：
基于机器视觉的环形生产线模台自动化识别装置（ZL201821545449.6）
已授权
4
共同专利
韩彦军/1；张淑凡/5；郭文武/10
2015
实用新型专利：
一种墙板柔性生产线（ZL201521035778.2）
已授权
5
共同专利
庞增拴/2；王勇/9；
2015
发明专利：
一种节能型重载布料车高精度定位系统及其控制方法（ZL201510900120.1）
已授权
6
共同立项
韩彦军1；李敏霞/7；张建超/8；郭文武/10
2012-2014
石家庄市科学技术研究与发展计划项目：
装配式住宅叠合板柔性生产线研制（项目编号131080111A）
已验收
7
共同立项
韩彦军/1；张淑凡/5
2016-2017
石家庄市科学技术研究与发展计划项目：
PC构件生产线用模具机器人的研制（项目编号：
161080201A）
已验收
8
共同立项
韩彦军1；李敏霞/7
2017-2018
石家庄市重大科技专项项目：
预制混凝土构件智能化生产成套装备的研制（项目编号176080807A）
已结题
9
共同立项
庞增拴/2；王勇/9；
2015
石家庄市科学技术研究与发展计划项目：
大型水泥构件蒸养窑全自动码垛控制系统（项目编号151130471A）
已验收
知情同意证明
注：
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