海天机电科技有限公司

一、基本情况

（一）案例简介

　　集约式高产能预制构件生产线(以下简称集约线)解决了传统预制构件生产线存在的产能低、自动化程度低、能耗高等问题，产线关键设备包括堆拆垛机、中央转运车等。集约式高产能预制构件生产线的关键核心技术是实现一次进6套模具入窑养护，可节约空间30%、节约能耗40%，生产节拍可缩短至6分钟。此外，该产线还具有设备投资少、占地面积小、厂房要求低等优势，特别适合于低矮的老旧厂房，能够显著降低生产成本及综合投资。

　　图1集约式预制构件生产线布局图

（二）申报单位简介

　　海天机电科技专业从事装配式建筑成套智能装备的规划、研发、制造、运维等业务近20年，综合服务能力位居行业前列，是国内较早引进欧洲技术与标准的企业之一。公司为工信部“专精特新”小巨人企业、山东省瞪羚企业，参与了国家“十三五”重点研发计划项目的研究工作，承担了相关预制构件生产装备的专题研究任务，参编国家建筑标准10余项，拥有专利139项。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一）技术方案要点、关键技术经济指标

　　1.生产节拍方面：相对于国内外竞品环形PC系统，集约式预制构件生产线较好的解决了码垛机运行节拍慢的问题。该系统将PC环形生产线码垛机拆分为堆垛机与拆垛机两个设备，采用双线双循环生产工艺，堆模台、拆模台采用堆垛机、拆垛机分别来执行，通过对叠加模台的堆叠，多张模台一次性进出堆、拆垛机，一次性进出养护窑，大大提高了整个产线的生产节拍，将码垛的运行节拍控制在5分钟，码垛机不再是整条产线运行的瓶颈，较常规环形PC系统码垛机平均10分钟左右的运行节拍有较大的优势。

　　2.热能节约方面：常规环形叠合板系统养护窑单列单层只能养护一个构件，热量利用率不高;集约式PC系统单列窑可以养护12个或18个构件，热量利用充分，并采用太阳能辅助加热与蒸汽发生器快速生产蒸汽方式，较蒸养成本较单一的蒸汽加热或水温加热有明显优势，构件养护成本降低近50%。

　　3.关键设备增效方面：中央摆渡车，实现模台到养护窑的存、取，运用编码器和接近开关双定位模式定位精准，运行速度快(30m/min)，能够满足集约式PC线对运行快节拍的要求。

（二）技术创新点

　　1.蒸养窑采用砖混隧道窑形式，太阳能辅助加热与蒸汽发生器快速生产蒸汽方式，及热风循环系统，使窑内温度迅速均匀达到养护温度。智能化温、湿度控制系统，使窑内温度控制精度≤3℃，湿度大于95%。

　　2.单列窑可同时养护12块构件，最大达到18块构件，蒸汽能量得到充分利用。

　　3.采用双线双循环生产工艺，堆模台、拆模台采用堆垛机、拆垛机分别来执行，通过对叠加模台的堆叠，多张模台一次性进出堆、拆垛机，整个产线运行节拍达到5min。

　　4.HTMES系统是海天机电对预制件生产开发的生产管理系统，对构件生产实现全生命周期管理，并可追溯构件生产过程。可以与企业ERP实现数据共享，与BIM对接，可以读取构件参数，实现整个产线构件生产从划线、布模、布料以及送料机的调度等的自动化生产。

　　5.自动布料系统能根据输入的构件信息、构件CAD图纸自行计算所需混凝土量，合理分配布料机的行走速度和螺旋转速参数，实现智能布料。

（三）集约式高产能预制构件生产线应用场景

　　该生产线主要用于生产住宅、公建和市政领域所需的叠合板、内墙板、外墙板等，尤以生产叠合板效率最高。

　　相比常规预制构件生产线，本生产线可大幅节约用地，对厂房高度要求可小于9米，并且适合老厂房改造，减少土地投资。产线具有双工位和双堆拆垛机，生产节拍大大提高。模台设计数量多，储存窑位多，可实现大部分构件的自然养护，降低养护成本30%。

（四）与国内外同类先进技术的比较和市场应用情况

　　相对于国外先进环形预制构件生产线及国内竞品生产线，海天机电集约式预制构件生产线较好解决了码垛机运行节拍问题。常规环形预制构件生产线码垛机的平均运行节拍约为10分钟左右，而集约式高产能预制构件生产线将PC环形生产线码垛机拆分为堆垛机与拆垛机两个设备，采用双线双循环生产工艺，堆模台、拆模台采用堆垛机、拆跺机分别来执行，通过对叠加模台的堆叠，多张模台一次型进出堆、拆垛机，一次性进出养护窑，大大提高了整个产线的生产节拍，实现码垛运行节拍不超过5分钟，解决了传统产线在码垛环节的瓶颈。

（五）市场应用情况

　　海天机电科技有限公司在为唐山润弘新型建材有限公司装配式构件分公司、山东网金新型建材有限公司、四川眉山奥利鑫新型建材有限公司、山东中岩重工科技有限公司等多家公司，提供了PC生产线集成应用解决方案，对企业原料实验选型开始，到设备布局、工艺流转、质量控制、设备提供、能耗选型、制造过程数据化管理均提供了全流程集成解决方案。智能生产技术的应用，使集约式高产能智能PC线生产效率得到了很大的提高，能耗降低近三分之一，为客户创造了较好的经济效益。

三、案例实际情况

（一）产线布局过程

　　1.2019年7月，唐山润弘新型建材有限公司正式与海天机电科技有限公司签订集约式高产能预制构件生产线采购合同，计划将产线安装在原有的老旧车间，并期望获得不低于常规预制构件生产线的产能。由于唐山润弘现有旧车间只有130m的长度和20m的宽度，常规环形预制构件生产线很难实现正常布局(常规环形PC构件生产线需要厂房长度200m，厂房宽度27m)，而且也无法达到常规预制构件生产线的产能(常规PC生产线产能在2万方/年)。公司进行了多次实地考察，充分考虑现有车间条件，不断计算行走节拍、调整模台尺寸，最终确定了集约式预制构件生产线方案，在缩短节拍时间、提高效率、提高模台利用率、增加养护仓位等方面优化了布局，实现了年产3.5万方的高产能。

　　图2唐山润弘集约式预制构件生产线现场照片

（二）典型做法和创新举措

　　1.蒸养窑采用砖混隧道窑形式，内设保温层，使用热风循环系统，使窑内温度迅速均匀达到养护温度。智能化温、湿度控制系统，使窑内温度控制精度≤3℃，湿度大于95%。实时记录温湿度曲线，控制方式灵活，可采用预设的温湿度曲线运行，也可根据构件生产工艺自动调整温湿度控制曲线。

　　2.采用太阳能辅助加热，蒸汽发生器快速生产蒸汽方式可节约能源6%。

　　3.单列窑可同时养护12块构件，最大达到18块构件，蒸汽能量得到充分利用，可节约养护成本15%。

　　4.采用双线双循环生产工艺，堆模台、拆模台采用堆垛机、拆垛机分别来执行，通过对叠加模台的堆叠，多张模台一次型进出堆、拆垛机，整个产线运行节拍达到5min。

　　5.HTMES系统是海天机电对预制件生产开发的生产管理系统，实现构件生产和全生命周期管理，同时可追溯构件生产过程。包括订单管理、生产管理、质量管理、堆场管理、发货管理，以及人员管理、权限管理等等。与企业财务系统对接，可实现人员绩效考核，项目成本核算。与企业ERP实现数据共享。与BIM对接，可以读取构件参数，实现整个产线构件生产从划线、布模、布料以及送料机的调度等的自动化生产。

　　6.状态监控与诊断系统能够对集约式生产线各个设备的状态进行实时监控，故障诊断、报警，维护、保养提示。设备故障时系统能够自动诊断，识别故障点指导现场人员排故。能够对设备负荷进行分析，判断设备操作、运行是否正常，在设备不正常运行时进行提示，能够记录设备运行负荷曲线。

　　7.自动布料系统能根据输入的构件信息，构件CAD图纸，自动按构件结构实现布料。信息输入方式灵活，可以从上位机输入，亦可触摸屏输入构件信息。布料机能够自动定位，根据设定的原点布料机自动寻找原点，通过传感器定位模台的位置。在自动布料状态下，根据传感器检测浇筑的混凝土重量，并结合当前构件信息和设备运行参数，调整布料机的行走速度和螺旋转速，使其满足构件的厚度质量要求。在满足构件质量要求下，合理分配布料机的行走速度和螺旋转速参数，提高布料机布料效率。

　　8.生产线设备和企业控制中心的数据交互。生产线设备可通过以太网或其他通讯方式与企业控制中心进行数据交互，企业控制中心能够监控各设备的运行状态、生产数据。与ERP系统共享数据，实现生产管理、订单管理。可兼容现有BIM(Revit)图纸实现数据解析，实现设备和部门之间数据共享。布料机、划线机和边模摆放机器人等设备可读取同一数据库中数据信息，并执行对应操作。

四、应用成效

　　集约式高产能预制构件生产线通过双线布局设计使得成型速度相比传统PC提高一倍，年产能可达5万方;通过自主软件的开发提高智能化控制可以节约用人11人;通过创新生产线关键设备养护仓实现单产线节约钢材90多吨、混凝土每方成本控制在65元、凝土养护成本每方节约15元，全年可节约养护成本750万元。

　　1.产能大幅提高。集约式预制构件生产线采用双线双循环工艺，用一台堆垛机、一台拆垛机和一台中央转运车，将循环线码垛车的功能进行了拆分，将单块模台出入窑的设计理念变为一垛6块模台一起出入窑。每5分钟可以完成一张模台的作业，产能提高一倍之多。

　　2.设备成本降低。通过创新布局调整，缩减和合并区域，产线布局从一般布局200×30m优化到160×27m，减少设备投资90万，降低15%。很大部分产线人工由智能操作代替，从45人减少到34人，降低劳动力成本。同时采用砖混结构养护窑，相比传统钢结构养护窑，护窑成本减少25%。

　　3.实现全流程管理自动化。该集约产线采用变频技术、PLC编程控制和触摸屏界面操作。中央控制系统可实现整条产线自动运行、布料机自动布料、振捣机多组工艺参数下的自动振捣、堆拆垛机全自动堆拆垛、养护升温速度和其他参数自动完成构件养护。主要机电设备选用国内或国际主流品牌，高效电机等技术普遍应用。选用先进的HTMES系统，可实现全流程生产管理、构件管理的自动化和智能化。

　　4.节能减排效果显著。在耗能最大的蒸养环节，该产线引入了太阳能辅助加热，开发低温蒸养系统代替高温蒸养，使得能耗比传统预制构件环形线降低约20%。

　　执笔人:

　　海天机电科技有限公司(庞秋生、程建炜、杨宗建、刘月坤、赵智闻)

　　审核专家:

　　张声军(中国建筑科学研究院，研究员)

　　骆汉宾(华中科技大学，教授)