摘要
Abstract
智慧生产信息管理系统目前在某预制构件工厂中得到广泛应用，系统通过BIM模型对接设计数据，结合生产情况计划排产，实现工厂资源合理配置，解决供应链不通畅、构件积压等问题。系统打通了设计、生产、施工环节，解决其数据传输问题，并运用云端数据库储存生产过程数据，生成统计分析报表，保证数据的准确性和可追溯性，实现了信息化与工业化融合。此外，系统与MES结合实现系统驱动设备，与RFID技术结合实现生产过程控制与堆场管理。智慧生产信息系统极大地降低现场人力与物资成本，使工厂向精细化管理、信息化管控迈进关键一步。
Part 01
装配式建筑信息化的应用特征
1.1 全过程信息互联
信息在全过程实现信息互联与共享，需统一的平台载体，BIM技术有利于实现设计、生产、施工全过程信息的集成与共享。基于统一的BIM平台，按统一的BIM信息交互标准和系统接口，实现不同专业软件信息之间有效传递，避免因交互标准不统一而导致信息传递失真。信息的互通主要包括如下环节。
1)设计与生产的互联工厂生产对BIM模型信息的自动读取，或通过BIM模型转换为工厂生产所需的BOM表，BIM信息直接导入工厂生产管理系统，实现工厂物料采购、排产、生产、储运的信息化管理，加工设备实现对设计信息的识别和自动化加工。
2)生产与施工互联基于BIM的现场实施与工厂生产的信息交互共享，实现装配式建筑、结构、机电、装修的一体化协同生产与施工，达到工期缩短、成本可控、质量提升、高效建造的管理目标，实现设计、生产、装配一体化。
3)BIM技术与物联网技术的融合互联在设计阶段，通过BIM技术内置部品部件信息编码及二维码形成唯一产品标识，实现结构构件与部品部件从设计、生产到装配相关信息全过程的记录和可追溯。
1.2 建筑、结构、机电、内装多专业协同设计
装配式建筑由结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统4个子系统组成。装配式建筑的设计过程就是按多专业、多子系统协同设计思路，统一空间基准规则、标准化模数协调规则、标准化接口规则。
利用信息共享平台，通过各专业设计人员参与，实现建筑、结构、机电和内装等专业的设计信息交互，并从源头上约束信息的准确性和实时性，避免信息二次录入和传导带来的多方不对称，实现各专业一体化设计协同控制。
1.3 一体化全过程管理
我国在装配式建筑发展过程中遇到诸多方面难题，尤其是在管理方面，工程建设周期长，涉及的产业链相关方多，问题更突出。因此，要解决管理问题，需借助信息化手段解决装配式建筑全过程管理问题。通过建立基于EPC模式的装配式建筑项目管理系统，实现全过程的成本、质量、进度、合同、物料、沟通、人员等业务管理，并形成装配式建筑实施全过程的海量信息库，打造装配式建筑企业级信息平台，支撑工程项目的全过程信息化应用。
Part 02
目前装配式建筑生产环节的现状与问题
2.1 工厂生产自动化程度低
构件生产线大量设备需人工配合，如布料机等，像清扫机、涂油机等设备从未使用;钢筋生产线为单一钢筋设备的简单堆积，需大量人工进行半成品钢筋绑扎;设备单体配合工艺不足，技术研发不够。设备联动性差，行业内无相应的设备产品标准。
2.2 构件生产信息化应用水平不高
生产设备还未实现信息化操控，工厂生产信息化管理系统还不成熟，未能与BIM设计信息相关联协同。画线定位、模具摆放、混凝土浇筑振捣、养护、翻转起吊等一系列工序仍需人工辅助作业。
2.3 生产与设计、施工协同性差
商务人员需手工将设计图纸统计为商务表格，工作过程比较复杂繁琐、易发生错漏;并且数据生产、质检过程中需纸质方式记录，人工二次录入较多。设计图纸更新经常与生产脱节，造成大量的重复性工作、材料浪费。
生产计划与订单脱节，需要的构件没生产，不需要的构件积压在仓库占用空间。订单改变后或施工任务变更后，生产计划更新不及时。
2.4 生产计划管理水平相对薄弱
预制构件生产过程，对于总计划、月度计划、周计划，基本是根据计划员过往的经验和现场的施工进度来判断，计划管理工具落后。当订单多、构件类型分散时，易造成供应链不畅。
1) 对物料、模具、设备、人员等生产资料的准备不足或过量，影响产能或资金周转。
2) 构件库存急剧增加，增加构件出入库管理难度。
2.5 缺少有效的预制构件生产全过程质量管理工具
目前各工厂普遍采用填写预制构件生产隐蔽工程检验和成品检验单的方式进行质量记录，甚至只做成品检验记录，易出现质量问题，且质量问题无法进行准确追溯与统计分析。
2.6 目前装配式建筑生产信息化的现状与问题
随着我国装配式建筑、住宅产业化的不断发展，国家也出台了相应的预制件生产标准、法规。国内建筑公司和软件商开始研发自己的生产信息化管理系统，通过平台对生产各环节进行管理。然后，在生产信息化管理系统的应用中存在很多问题:(1)只关注生产环节管控，无法直接对接设计与施工环节;(2)系统以信息登记功能为主，无系统生产驱动机制; (3)材料信息、材料领用单、生产计划、生产任务单、钢筋笼任务单等数据需人工编制录入，无法通过算法生成;(4)ERP与MES系统不能有效衔接，无法发挥设备自动化与信息化结合的优势; (5)堆场管理以构件位置记录为主，未结合RFID与GIS技术查看构件实际位置与堆场码放规划。
Part 03
中建科技智慧工厂管理系统具备的主要功能
3.1智慧工厂管理信息系统的研发思路
3.1.1设计、生产一体化业主单位BIM应用
如图1所示，系统实现与主流的BIM三维模型进行无缝对接，打通设计与生产之间数据不统一、需人工二次录入的壁垒，并将生产管理与BIM技术有机结合在一起。设计对接分为2步，即模型对接和数据信息对接。
图1 某系统对接设计模型
3.1.2 生产、施工一体化
系统支持生产数据与模型直接上传至施工BIM系统。将项目的整体模型、各构件的深化模型上传至施工BIM系统。同时，将构件的基本信息、产品合格证、技术资料、安装与吊装的注意事项、生产过程资料上传至施工BIM系统，作为现场安装、施工的技术依据。生产管理系统的实际进度模块与施工BIM系统的实际进度模块对接，如图2所示，从构件生产到现场安装两系统同步更新。真正做到以订单驱动生产，以生产的构件来反馈施工的实际进度。根据生产模块与施工订单模块对接，以订单驱动生产。基于 BIM 模型和数据，业主单位可进行 EPC 招标管理、设计管理、施工管理、商务管理、营销推广、运维管理、决策数据等工作。
图2 生产、施工项目进度联动
3.1.3 构件唯一的身份辨识贯穿全过程并驱动生产流程
通过扫码或RFID识别构件的唯一编码，进行生产过程的控制。在堆场管理中，规划构件的码放与确定位置信息。
构件到场后，通过扫码或RFID识别构件的唯一编码，直接查看构件的基本信息、图纸、产品合格证、BIM模型，并在进场检查无误后接收，不合格直接单击退库，生产系统立即接收到退库指令，进行构件的退库处理。安装时，可查看构件的技术资料、图纸、BIM模型、安装教学视频等信息指导施工，安装完毕后单击安装完毕，构件状态在形象进度中实时更新。
3.1.4 以算法代替人工，云端计算代替人脑
生产计划无须人工制作，通过算法结合订单要求、各类资源情况进行自动排产。
自动下达构件生产任务、钢筋笼生产任务、混凝土搅拌站任务、物料采购计划、模具加工任务等，通过MES与消息提示方式驱动生产过程。
自动将构件拆分成各类材料，并且系统自动计算材料用量，加入材料限额预警功能。
堆场自动计算分配构件位置，智能化定位查找。
3.2 智慧工厂管理信息系统主要功能
3.2.1 系统架构
如图3所示，系统打通设计-生产-施工环节，归集生产信息、质检信息、堆场信息、设备信息。通过各类算法计算出各类计划，并在相应的时间点自动下达生产任务。系统对接各类设备，通过MES系统达到自动化生产的目的。
图3 系统架构
3.2.2 设计数据对接
系统直接对接设计的数据，导入云端数据库中，通过生产数据管理模块，将数据自动分配给生产模块与物资模块。在物资模块中，系统将构件数据拆分成混凝土、钢筋、预埋件等物资信息，自动匹配到材料分类与信息表、混凝土搅拌站模块、钢筋笼管理模块。在图4中，设计模型导入系统中，以轻量化模型显示，并包含构件的全部信息。
图4 设计模型导入界面
3.2.3 生产计划管理
通过算法自动生成生产计划以及各类辅助计划。在生产模块中，系统自动统计构件信息，根据订单需求生成生产计划，如图5所示，系统集成各类资源信息形成生产总计划。生成生产计划后，系统根据物资模块的各类资源需求，配合生产计划生成模具加工计划、钢筋笼加工计划、材料采购计划。系统根据生产计划与资源的到位情况，生成周、日生产任务单，并自动下达生产任务。在下达生产任务单前，系统根据钢筋笼加工计划提前自动下达钢筋笼任务单，确保钢筋笼供应。根据模具加工计划下达模具加工或采购任务，确保模具供应。
图5 系统自动生成生产计划
3.2.4 物料管理
系统通过算法自动统计生产所需材料用量与成本计算，如图6所示。生产任务单下达后，系统也会自动对生产的构件进行混凝土、钢筋、预埋件的用量核算，将混凝土需用量的信息下达到物资模块与混凝土搅拌站模块，其他物资信息下达给物资模块。生产人员根据系统计算的物资(混凝土、钢筋、预埋件等)用量去限额领料。
图6 生产计划算法
3.2.5 生产流程管理
RFID与MES结合，驱动生产流程。如图7所示，系统直接向机械手臂下达钢筋笼的生产任务。构件植入RFID芯片，每个环节设置扫码设备进行读取。上一环节完成后，若无须人员参与生产或质检则自动进入下一环节，若需人员参与生产或质检则消息提醒人员或质检，严格按生产节拍执行。系统记录生产时间，对人员工效进行考核。这是从粗放的制造向精细化、产业化进步的关键。
图7 系统对接MES操控机械手
3.2.6 堆场管理
构件自动查找与码放，在出库时，如图8所示，系统支持输入或语音输入构件型号，自动导航查找构件，并在绳索按规定绑完后，通过MES系统自动将构件吊装至装车地点。
图8 堆场构件导航系统
3.2.7 质量管理
构件植入RFID芯片，每个环节设置扫码设备进行读取，上一环节完成后，若无须人员参与生产或质检则自动进入下一环节，若需人员参与生产或质检则消息提醒人员或质检，严格按生产节拍执行。系统记录生产时间，对人员工效进行考核。这也是从粗放的制造向精细化、产业化进步的关键。
3.2.8 构件生产进度实时查询更新
如图9所示，在系统中可通过模型与数据表的形式查看构件的形象进度与构件生产状态。
图9 项目形象进度管理
Part 04
结语
智慧工厂生产管理信息系统在预制构件生产管理上，结合RFID与二维码技术，通过MES系统对接生产线设备，实现自动化与信息化结合。生产计划、生产任务、辅助性计划等采用云计算技术自动生成。在库房管理上，利用GIS系统与空间RFID技术，实现构件的定位与机械化路径规划。目标是让PC工厂的生产用自动化取代人工，用云端计算代替人工计算，真正实现自动化与信息化的高度融合，为工厂节约人力成本，提高生产效率与构件质量。
（编辑：奚雅青）
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