PC構件生產線的規劃設計和仿真介紹

混凝土預制構件（簡稱PC構件)是指在工廠中通過專業化、機械化、標準化加工生成的混凝土預制品，是裝配式建筑的基礎組件。目前，國外的PC構件生產線比較先進，而我國的生產線在生產過程中仍存在生產逆流和阻塞斷流的問題,與國外的先進生產線有一定的差距。PC構件生產線的布局方式、生產過程中的調度和自動化程度是影響生產效率的主要因素。國內對于PC構件生產線的研究主要集中在生產過程中的物流調度和單一工位所需設備的改進兩個方面，對于生產線整體的布局設計研究較少。綜合考慮PC構件各個生產環節所需時間條件，根據實際生產情況，改進傳統的生產線的布局方式，能夠有效解決PC構件生產線各生產環節存在的生產逆流和阻塞斷流的問題，提高PC構件生產線的生產效率。

PC構件典型產品生產工藝分析

PC構件生產線的產品主要為外墻板、內墻板和疊合板3種典型構件。如圖1所示:內墻板的生產工藝以自動劃線工序為一個循環的起點，依次經過安裝邊模、裝鋼筋籠、裝預埋件、澆筑、趕平、預養護、抹光、養護、拆模吊運、清洗底模和噴脫模劑等工序后完成該生產循環，然后回到自動劃線工序進行第二次循環﹔外墻板的生產工藝在內墻板生產工藝的基礎上，還需經過裝上邊模、裝保溫板、裝鋼筋網和二次澆筑這4個工序;疊合板生產工藝相對簡單，澆筑后完成靜停、拉毛即可直接進入養護窯。目前，裝鋼筋籠工位和裝預埋件工位處于半自動化水平，3種主要產品在這兩個工位都存在阻塞斷流的問題。此外，外墻板加工工序多，需要進行2次澆筑，在此生產環節中還會產生逆流的問題。為了使生產線的布局同時解決3種產品在生產過程中出現的問題，本文選擇外墻板作為PC構件生產線的產品，對生產線進行布局設計和仿真研究。

PC構件生產線的設計

1、布局設計

生產線的布局原則主要包括︰定位布局原則、工藝布局原則、產品布局原則和成組布局原則。根據上文分析可知，外墻板的生產過程要經過15個工藝步驟，為了減少生產逆流，有效提高生產效率，并且保證每個工藝步驟按照順序依次進行，將工藝布局原則和產品布局原則相結合，作為PC構件生產線的布局原則。由于在生產的過程中底模需要循環使用，因此選定О型布局作為PC構件生產線的布局形式。本文設計的PC構件生產線布局如圖2所示。

外墻板生產線由清洗底模工序到拆模吊裝工序為1個○型循環，生產線每完成1個〇型循環，生產1塊外墻板預制件。因為裝鋼筋籠和裝預埋件2個工序目前處在半自動化水平，耗時較長，改進后的生產線將裝鋼筋籠工位和裝預埋件工位，移動到О型循環外，變為輔助工位，在安裝邊模工序完成后，底模進入到輔助工位，完成裝鋼筋籠和裝預埋件2道工序，然后返回至〇型循環內。該措施減少了在此的等待時間，解決了這兩個工位阻塞斷流的問題。生產線在一次布料工位后新增2個裝上邊模工位，2個裝保溫板工位和1個裝鋼筋網工位，外墻板在完成1次澆筑后，移動至新增加的工位，完成二次布料前的工序。此前因為只有1個布料工位，外墻板在安裝完成鋼筋網后需要逆向移動至布料工位，完成二次布料，并且其他需要一次布料的底模會在裝預埋件和布料工位之間堵塞，因此，加大了混凝土澆筑機的移動范圍，增加了布料區域(虛線），將布料工位拆分為一次布料工位和二次布料工位。一次布料和二次布料2個工序互不影響，減少了生產逆流，使得生產線更順暢，生產線效率更高，避免形成瓶頸。此外，拆模吊裝與安裝邊模之間設有橫移小車，減少2個工位間的距離，將拆卸的邊模直接通過橫移小車運送至邊模安裝工位，以此替代人工裝運，提升了邊模運送效率。

2、平衡分析

生產平衡率是用來衡量生產線平衡水平的指標。生產平衡率越高,生產線運行越均衡,產生阻塞、停滯的幾率越低;反之，生產平衡率越低，生產線運行越不通暢，越容易產生斷流。一般生產平衡率大于70%即可保證生產線運行順暢。

山東某PC構件生產廠家，其生產線在國內處于先進水平，年產量可達30萬件，各工位的平均工作時間如表1所示。

作業時間長的工序為蒸汽養護，用時8000 s。設定該工序含有兩個養護室，可同時容納80塊板，平均工作時間約為100 s。其次是預養護工序，用時900 s，設定該工序有兩個工位，可同時容納10塊板，平均工作時間為90 s。其他工位的平均工作時間均小于100 s?？梢?，蒸汽養護是生產線的瓶頸，以此作為生產節拍進行平衡分析。

PC構件生產線仿真分析

1、建立仿真模型

根據PC構件生產線的信息及各工位的工作狀態，利用Plant Simulation建立仿真模型。將生產線的加工工位看作單處理單元，用連接器將各個單處理單元連接，如圖3所示。根據實際生產情況，設置單處理單元的加工時間，其中生產線的安裝邊模、裝鋼筋籠、裝上邊模和裝鋼筋網這4個生產工序各含有2個工位，仿真模型中合并為1個，所以加工時間設置為實際用時的一半。

設置生產線的班次時間和日程表?，F按照每周工作6天，每天工作時間為7∶00~18:00，中間12: 00 ~13:00休息，有效工作時間為10 h。由于生產線設備故障、設備定期維護、質量問題等都可能導致停線，有效工作時間計90%，即每天工作時間為9 h，將休息時間改為12:30~13:30。根據國家法定節假日的要求設置日程表。

2、仿真結果分析

仿真模型搭建完成后，添加顯示控件，實時顯示外墻板的產量。然后在時間控制器中設置仿真時間，其中生產線的開始時間為2020年1月1日，仿真持續時間為366天。仿真結果如圖4所示，生產線1年的外墻板產量為351251塊，相比傳統生產線的產量得到提升。添加瓶頸分析器，分析各個工位的工作情況。其中物料站物料供應充足，設置為堵塞模式，除物料站外，其余工位均無堵塞現象。PC構件生產線的各工位各狀態時間占比如表2所示，一次布料工位和二次布料工位處于滿負荷工作，拆模吊裝工位的工作時間高達99.97%。噴脫模劑工位、趕平工位和抹光工位的等待時間占比較高，分別為66.67%， 55. 56%，55. 56%。