摘要：高铁梁场的钢筋加工场为高铁箱梁预制过程中不可或缺的关键部分，如何通过不断成熟的人工智能技术、先进的钢筋加工设备解决当前操作人员与钢筋加工产品的高精度、高效率及要求管理人员统计钢筋用量核算的准确度、及时性等产生的矛盾。本文探讨的是基于人工智能的智慧制造工艺优化在高铁梁场钢筋加工过程中的适应性、尝试性。通过引入无人值守的地磅过磅系统、各类智能化钢筋加工设备、AGV智能搬运机器人、RGV智能运输车、智能桥式起重机等以及实现数据汇总、整合、计算、反馈等形成的中控系统为核心的关键技术，实现生产流程的高度自动化、智能化，从而提高生产效率、质量控制和经济效益。

关键词：人工智能；高铁梁场；智慧系统；自动化技术；数据采集

1传统模式下的钢筋加工场生产系统

1.1生产管理模式

钢筋原材通过配置设人辅助的磅房过磅后，进入钢筋加工场堆码区卸载。再经钢筋调直机、钢筋切断机、钢筋锯切床、滚丝机、钢筋弯曲机等单一功能的简易半机械化设备加工成箱梁预制所需的各类钢筋构件，再由人工搬运、堆码及叉车运输至场外的钢筋笼绑扎区域。钢筋用量通过人工统计、计算、分析的方式完成基础数据的核算。

1.2存在的问题

①人员配置数量较多、人工成本过高、安全风险较大。根据梁场的制梁情况，若按照日加工2孔箱梁钢筋用量统计，钢筋加工场需配置20人以上的熟练工人，统筹协调管理难度较大；②智能化程度低，加工质量稳定性差、效率低。采用的半机械化设备需要熟练的工人进行操作，加工精度、质量、效率难以统一保持；③钢筋原材浪费量大。因人为操作经验不足、不良习惯等因素造成原材用量的浪费、不合理的超耗，或者余料无法再次利用；④备料数量难以预估，数量核算难以精准。通过人工统计原材过磅数量、加工数量、废料数量等存在人为因素的误差，很难控制备料数量以达到保障生产的目的，也难以精准核算出实际的钢筋加工用量，不利于成本的管控。

2采用人工智能设备模式下的钢筋加工场生产系统

2.1智慧系统生产管理模式

建立以中央控制系统为核心，钢筋过磅入库系统、钢筋加工系统、钢筋构件运输系统、钢筋入模绑扎系统为组成部分的箱梁钢筋加工场。通过智能化、自动化、机械化等技术手段，实现钢筋加工全过程的管理、核算的目的；实现机械化换人、自动化减人、智能化无人的目标；实现提高钢筋加工精度、确保钢筋绑扎质量和效率的要求。

2.2中央控制系统

主要包含集中控制系统、物流集中控制系统、数据自动采集系统、数据自动存储系统与第三方数据接口软件等。设有中控室，内含有大屏幕、控制电脑、网络交换机等硬件，软件部分根据钢筋加工的工艺流程具体设计，辅以数字孪生技术。功能包括钢筋加工任务量计划安排及统计，全过程加工数据的收集、整理、分析、反馈，钢筋加工设备的运行实时监控及动态显示，设备故障远程监控及处理技术等。

目前该项技术已较为成熟，已成功在常益长铁路益阳制板场、武宜铁路天门轨枕场、沪宁合铁路启东制梁场等项目运用，将此控制系统运用至钢筋加工场具备可行性。

2.3钢筋过磅入库系统

主要以无人值守的地磅过磅系统为核心，与中央控制系统相连接，实现将过磅采集数据实时传输的功能。通过集成传感器、计算机视觉、人工智能等技术，实现对地磅的自动化监测、数据采集和分析处理，大大提高了地磅的管理效率和准确性。

首先体现在自动化监测上，传统的地磅需要人工操作来完成称重和数据记录，但是无人值守的地磅通过集成传感器，可识别车牌信息、监测车辆的重载和空载等情况，无需人工干预；其次实现了数据的自动采集和分析处理。通过人工智能算法，系统可以自动识别异常数据和状况，并及时报警警示；再则实现了远程监控和管理。通过互联网技术，地磅管理人员可以通过手机、电脑等终端设备随时随地对地磅进行远程监控和管理；最后也实现了数据的统计、分析并同步至中央控制系统，生成各种报表和图表。

2.4钢筋加工系统

由一系列智能钢筋加工设备组成，加工箱梁所需的φ8-φ12盘螺和φ16-φ22钢筋形成的各类钢筋构件。包括数控钢筋调直剪切生产线、调直切断弯曲一体机、智能钢筋弯箍机、智能钢筋剪切弯曲生产线、定位网焊接生产线、数控U型钢筋弯曲中心等设备组成并具备与中央控制系统对接的综合智能钢筋加工系统。

上述设备通过配置智能控制技术并辅以振动阶梯上料系统、机器人辅助系统等人工智能技术，只需配置少量技术工人、管理人员，并根据中央控制系统反馈的生产信息，设定相应的生产模式，便可实现自动上料、加工、抓取、摆放等功能，同时将加工数据信息实时传输至中央控制系统，便于中央控制系统进行钢筋加工产品的PDCA管理和设备运行状况的监控，即确保了钢筋加工质量，又能及时诊断设备状态，给出预警信号并督促维保。

目前配置了振动阶梯上料系统、机器人辅助系统等人工智能技术的智能钢筋弯箍机、定位网焊接生产线、数控U型钢筋弯曲中心等设备已实现无人值守功能，其余设备也只需配置1-2名人员辅助。数控钢筋调直剪切生产线、定位网焊接生产线（简易型）、数控U型钢筋弯曲中心已在益阳制梁场、启东制梁场等项目使用，尤其是数控U型钢筋弯曲中心可加工启东制梁场40米箱梁所需的U型钢筋。

2.5钢筋构件运输系统

由多台AGV智能搬运机器人组成的钢筋构件运输系统，可根据钢筋构件的类型、加工数量、场内布局等情况，设计合理的运输路线。AGV智能搬运机器人也可定向设计，适应不同的运输功能。经市场调查，目前重载型AGV智能搬运机器人，载重量最大可实现33吨，具备前后向、纵横向移动，无需转弯、调头。通过磁导航、视觉和激光导航的方式铺设走行路线，拥有自动快速充电功能，用于点到点间或一点至多点间的往复输送搬运，无需人工干预。此系统可实现各类型钢筋构件的高效有序运输，并协同智能桥式起重机完成钢筋构件的入模绑扎。

2.6钢筋入模绑扎系统

以RGV智能运输车、智能桥式起重机构建形成的钢筋入模绑扎系统，工作原理是钢筋原料经过智能钢筋加工设备加工成构件产品后，通过AGV智能搬运机器人运输至钢筋笼绑扎区域指定位置后，由智能桥式起重机根据设定的程序模式自动运行、识别对应构件钢筋并抓取、吊装移动、定位摆放至钢筋绑扎胎具中。无法实现摆放的小型钢筋构件再有工人辅助摆放入模，经人工绑扎后由RGV智能运输车将绑扎完成的钢筋笼和胎具整体运输至室外吊装入模区域，待钢筋笼完成吊装入模后，载有胎具的RGV智能运输车再返回至钢筋场绑扎区域。该系统大大提高了生产的灵活性和适应性，减少了转换时间和资源浪费。

2.7存在的优缺点

优点：①可有效减少操作人员投入，解决人工短缺的问题，同时也可降低人工成本；②智能化、自动化程度高，减少人为因素造成的故障停工、加工质量的参差不齐；③实现设备自动诊断检测，有效预判预警设备故障；④实现流水化生产效率，安排生产任务的下达、成品的统计、收发存核算、形成各类图表等；⑤运用四新技术，加快生产统筹安排，符合高铁梁场智慧钢筋加工场发展的趋势。

缺点：①综合成本投入较高，部分智能设备的研发生产成本高，与高铁梁场2-3年的制梁周期内形成的实际投入、产出存在矛盾；②部分智能设备的技术与实际工艺需求存在差异，无法有效的衔接，还需不断地调整与更新；③因涉及设备种类较多，各类设备与中央控制系统的连接还存在兼容性问题；④因制梁需求的不同，需专门设计相适应的钢筋加工场智慧加工工艺系统，不断地优化工艺流程。

3传统模式与智慧模式功效性、经济性分析

目前整套工艺流程系统尚在探讨、尝试阶段，但是其中的各分项系统已在较多的梁场进行尝试和运用，并取得了良好的功能效益和经济效益。比如无人值守的地磅过磅系统已在各施工项目有较多的运用，切实做到了无人过磅和减轻了管理人员统计、核算工作量；比如中央控制系统和RGV智能运输车，已在益阳制板场、天门轨枕场、启东制梁场等项目成熟使用，为流水施工生产发挥了卓越的成效；比如AGV智能搬运机器人已在物流行业广泛运用。下面以钢筋加工系统中的数控U型钢筋弯曲中心在启东制梁场的运用为例，具体分析传统模式与智慧模式下的钢筋加工的功效性与经济性：

①传统模式:加工1根U型钢筋需由4名操作工协同操作（1名操作、2名抓扶、1名吊卸原材和成品），单台四机头钢筋弯曲中心经2次弯弧、2次弯曲加工成型，加工时间长、精度误差大且需要人工搬运堆码；单台四机头弯曲中心的采购金额约26万元，设备和人员连续运转工作14个小时，可生产1.5孔箱梁（12mφ20热轧带肋钢筋约550根）所需的U型钢筋。

②智慧模式：单台数控U型钢筋弯曲中心的采购金额为68万元，钢筋弯曲一次成型，可同时完成2-3根12mφ20热轧带肋钢筋的加工，且正常情况下无需安排人员值守及搬运作业，但也可配置1名操作人员加强运维管理，设备日运转工作7个小时，即可生产出1.5孔梁（约550根）所需的U型钢筋。

③综上对比分析：从技术角度来说，有效提高U型钢筋加工精度和质量，加快了生产效率，减少了人工投入，降低了机械伤害风险和实行了成本管控；从经济角度方面，在日加工U型钢筋数量一致的情况下，若按照两个高铁梁场工期考虑，单个高铁梁场工期预计1.5年，钢筋设备操作人员工资300元/天，采用传统模式需要的设备和人工成本约为26（万元）+2*1.5（梁场工期年）*4（人）*365（天）*300（元/天）=157.4（万元）；采用智能模式需要的设备和人工成本约为68（万元）+2*1.5（梁场工期年）*1（人）/2（倍效率）*365（天）*300（元/天）=84.425（万元），相比之下经济效益显著。

4.今后探索的方向

鉴于当前的中央控制系统、钢筋过磅入库系统、钢筋加工系统、钢筋构件运输系统、钢筋入模绑扎系统已在各区域模块中得到运用并获得了良好的效益，后续可逐步结合各系统并用于实际施工生产，也为今后将如何更成熟的运行和进一步降低设计成本、制造采购成本、优化工艺流程提供了发展基础，将不断升级更新的人工智能技术、先进的智能钢筋加工设备与高铁梁场钢筋加工相结合仍是今后探索的重要方向。

结论：

本文详细论述了基于人工智能设备的高铁梁场智慧钢筋加工场工艺优化的关键部分。这些技术的应用将高铁梁场钢筋加工的生产过程变得更加高效、精确和可控。通过自动化技术、智能化技术，钢筋的生产过程不再受到人为因素的干扰，数据的准确传输和计算有助于实现资源的最优利用。这一智慧制造工艺的优化将不仅提高了高铁梁场施工的竞争力，还为智能制造领域的发展提供了有益的经验。因此，将这些创新技术引入高铁梁场存在必要性和必然性，并对未来的研究和实践提出了展望。

参考文献：

[1]王玉龙. 基于仿真技术的高铁梁场生产系统优化研究[D]. 石家庄铁道大学, 2022.

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[3]李晓明,肖密涛. 高铁预制梁场钢筋加工车间的新型布局设计 [J]. 四川建材, 2022, 48 (03): 132-133.