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        鋁模板虛擬拼裝技術(shù)應(yīng)用的研究及探索

        2020-08-20 04:35:06李文浩何艷軍
        有色金屬加工 2020年4期
        關(guān)鍵詞:模板環(huán)節(jié)自動

        李文浩, 何艷軍,王 歡

        (1.中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039;2.中鋁國際工程股份有限公司,北京100093)

        傳統(tǒng)鋁模板工廠的預拼裝環(huán)節(jié)以人工操作為主,管理成本高、實物費用高、耗時長、占用場地,嚴重制約了鋁模板行業(yè)的發(fā)展。同時,信息化技術(shù)的發(fā)展使得虛擬拼裝技術(shù)得以實現(xiàn),使用信息化、智能化手段實現(xiàn)鋁模板的免拼裝已勢在必行。

        本文通過利用BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)技術(shù)、光學掃描技術(shù)和三維重構(gòu)技術(shù),用信息數(shù)據(jù)連通鋁模板的設(shè)計環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)和預拼裝環(huán)節(jié),保證設(shè)計端數(shù)據(jù)能準確傳遞到鋁模板的下游工序,有效解決鋁模板企業(yè)的勞動密集型問題和“作坊”式的生產(chǎn)管理模式,促進鋁模板行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低企業(yè)生產(chǎn)和運營成本。

        1 背景描述

        鋁模板是繼木模板和鋼模板之后出現(xiàn)的新一代模板系統(tǒng),它是根據(jù)模數(shù)制作設(shè)計,經(jīng)過專業(yè)設(shè)備擠壓后制作而成,具有重量輕、承載力強、混凝土澆筑質(zhì)量好、施工進度快、周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多、安全文明施工水平高、綠色環(huán)保、綜合經(jīng)濟效益好等優(yōu)勢,近年來在國內(nèi)大部分地區(qū)得到推廣應(yīng)用。國內(nèi)現(xiàn)有鋁模板廠上千家,大多采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,預拼裝環(huán)節(jié)以人工操作為主,一個住宅樓訂單用模板的拼裝費用約為7萬元,需要的時間為10d~15d,所需工作場地超過200m2,存在管理成本高、實物預拼裝費用高、耗時長、占用大量場地等諸多弊端,急需實現(xiàn)信息化和智能化的設(shè)計和生產(chǎn)。

        2 解決方案

        為取代人工預拼裝方案,需要改進鋁模板的設(shè)計環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)和預拼裝環(huán)節(jié),如圖1所示。

        圖1 鋁模板虛擬拼裝解決方案Fig.1 Virtual assembly solution for aluminum templates

        設(shè)計端通過BIM技術(shù)設(shè)計手段和鋁模板設(shè)計軟件中的三維模型實現(xiàn)對設(shè)計過程中的“錯漏碰缺”檢查、孔位槽位的檢測、標準率的控制;加工后通過光學掃描技術(shù)對鋁模板加工的幾何尺寸進行在線掃描,實現(xiàn)掃描數(shù)據(jù)與設(shè)計模型或圖紙進行實時比對,對加工質(zhì)量進行判斷,第一時間發(fā)現(xiàn)加工錯誤并進行相應(yīng)處理。利用數(shù)字化逆向工程解決方案,將合格品加工數(shù)據(jù)回傳至BIM設(shè)計平臺進行三維模型的重構(gòu)及裝配,充分利用三維裝配精度高、效率快的特點,實現(xiàn)數(shù)字化驅(qū)動模型虛擬預拼裝技術(shù)替代方案。

        表1為使用虛擬拼裝技術(shù)后的應(yīng)用效果分析,粗略計算一個年產(chǎn)百萬平方米鋁模板的工廠,一年可節(jié)省場地和人工費用達到千萬級,可以節(jié)省的材料資金占用更是數(shù)千萬。可見,通過虛擬預拼裝技術(shù)的應(yīng)用,可以顯著提高市場競爭力,加速推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型,實現(xiàn)建筑行業(yè)“以鋁代木”綠色發(fā)展理念的真正落地。

        表1 應(yīng)用效果對比

        3 關(guān)鍵技術(shù)研究

        3.1 BIM技術(shù)

        在傳統(tǒng)預拼裝環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)的設(shè)計錯誤會造成連鎖反應(yīng),需要進行設(shè)計變更、工廠再加工、重復預拼裝驗證等環(huán)節(jié)。實現(xiàn)鋁模板的免拼裝設(shè)計,需要確保設(shè)計環(huán)節(jié)的準確率。通過BIM技術(shù),可以將設(shè)計環(huán)節(jié)的錯誤率控制在1%以內(nèi),從而避免給后續(xù)環(huán)節(jié)帶來過多的重復性工作。同時,要保證形成的數(shù)據(jù)信息格式與下游環(huán)節(jié)完全兼容。在設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM技術(shù),可以實現(xiàn):

        (1)多人協(xié)同設(shè)計,一鍵配模,區(qū)域打包,自動生成加工圖和BOM(Bill of Material,物料)清單;

        (2)檢測鋁模板間的“錯漏碰缺”、孔位及個數(shù)、槽位及個數(shù)等;

        (3)為下游比對環(huán)節(jié)提供兼容的數(shù)據(jù)信息及格式接口;

        (4)接收和處理下游環(huán)節(jié)反饋的數(shù)據(jù);

        (5)自動生成構(gòu)件二維碼和工地安裝碼。

        3.2 光學掃描技術(shù)

        為實現(xiàn)鋁模板信息的快速采集,保證測量精度和測量準確度,實現(xiàn)免實物預拼裝的效果,利用基于機器視覺技術(shù)的模板輪廓測量方法,采用非接觸式、全視角立體尺寸測量,滿足大尺寸模板檢測測量需求。建立檢測系統(tǒng)和裝置平臺,實現(xiàn)模板生產(chǎn)過程中實時掌握產(chǎn)品外形尺寸與加工質(zhì)量,同時將該采集的數(shù)據(jù)信息作為依據(jù)進行質(zhì)量判定,并向BIM設(shè)計平臺反饋。通過對鋁模板進行快速掃描測量,可以實現(xiàn):

        (1)通過對機器視覺采集的數(shù)據(jù),自動分析計算模板輪廓尺寸;

        (2)自動與模板設(shè)計尺寸比較,判斷模板加工是否合格;

        (3)合格品與不合格品的自動分揀;

        (4)向BIM設(shè)計平臺進行數(shù)據(jù)反饋。

        3.3 三維重構(gòu)技術(shù)

        對于合格產(chǎn)品,將其掃描數(shù)據(jù)回傳到BIM設(shè)計平臺重構(gòu)成實體尺寸的三維模型,并利用二維碼自動定位技術(shù)進行虛擬拼裝,進行鋁模板的“錯漏碰缺”、孔位、槽位等的檢測以及自動生成錯誤報表。利用數(shù)字化逆向工程解決方案,不但降低了管理難度,同時也降低了對加工設(shè)備的精度和準確率的要求,該方案適合國內(nèi)所有層次的企業(yè)。通過進行三維重構(gòu),可以實現(xiàn):

        (1)打通構(gòu)件全生命周期管理;

        (2)掃描數(shù)據(jù)與BIM設(shè)計平臺要無縫銜接,避免數(shù)據(jù)丟失或無法傳遞;

        (3)掃描生成的數(shù)據(jù)格式和BIM平臺接收的數(shù)據(jù)格式要進行統(tǒng)一,避免誤讀或錯讀。

        4 結(jié)論與展望

        未來的工廠將以數(shù)字化智能化工廠為主,傳統(tǒng)勞動密集型工廠必將退出歷史舞臺。通過鋁模板虛擬預拼裝技術(shù)的應(yīng)用,可提高設(shè)計效率和準確率,實現(xiàn)實體加工件的數(shù)據(jù)采集以及與設(shè)計數(shù)據(jù)的自動對比,并可與生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)對接,進行生產(chǎn)排單和計劃跟蹤,推動鋁模板全生命周期管理,為鋁模板企業(yè)縮減工人數(shù)量、降低用工成本、減少土地投資、加快生產(chǎn)資金周轉(zhuǎn)提供有力支撐。

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