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1、互聯網+裝配式建筑構件生產優化管理 馬 智 亮 博士、教授、博士生導師 清華大學土木工程系 交流大綱 1 背景 2 互聯網+裝配式建筑構件智慧生產愿景 3 互聯網+預制構件生產優化管理系統 4 結語 2 特色小鎮建設采用新技術 裝配式建筑具有減少環境污染，縮短工期，提高 建造質量等優點 3 1 背景 目前預制構件生產手段落后，管理方式粗放 4 基于分派規則的方法 典型分派規則 最早交貨期分派法 最短加工時間分派法 最短余裕時間分派法 關鍵工序分派法 5 目前預制生產作業計劃制定方法 確定構件 投產順序 編制 作業計劃 生產限 制條件 分派規則 選定 滿足 預期？ 否 是 1.需要人工反復比選，2、 其效果依賴于用戶經驗； 2.不保證所得結果最優 關鍵問題 工作效率低，不能有效利用產能，進度可控性差 解決思路 充分利用互聯網+（BIM、物聯網、移動終端等） 及優化算法， 基于新愿景，通過研制預制構件生產過程優化管 理系統， 支持實現 生產過程的最優化決策 對生產實時的跟蹤和管理 6 基于BIM的板類建筑構件流水生產自動化 7 2 互聯網+裝配式建筑智慧生產愿景 基于BIM的梁柱類預制裝配式建筑構件生產半自動化 8 基于BIM、物聯網和GIS 的預制裝配式建筑構件 精細化生產、調度及實時追蹤 9 生產 863計劃項目研究成果：基于BIM的預制構件生產過程優化管理系統 10 3 互聯網+預制3、構件智慧生產管理系統 11 BIM數據接口 其他數據接口 數據層 平臺層 應用層 作業計劃 管控模塊 生產工序 管理模塊 成品堆場 管理模塊 生產訂單 管理模塊 組織權限 設置模塊 接口層 數據源 BIM數據其他數據 附件數據 生產質量 管理模塊 成品配送 管理模塊 技術文檔BIM模型文件 網絡層 BeX5 Tomcat服務器流程管理文檔管理 車間信息 設置模塊 網絡 構件加工圖 表現層 系統管理員界面車間主任界面調度長界面質檢主任界面 質檢員界面庫管員界面配送員界面生產工人界面 XBIM BIM解析與顯示 物料調配 管理模塊 物料調配員界面 系統架構圖 系統系統 管理員管理員 一一 號號 生4、生 產產 線線 因特網因特網 車間主任車間主任 調度長調度長 質檢主任質檢主任 物料調配員物料調配員 庫管員庫管員 配送員配送員 物料堆場物料堆場 支模工序支模工序 骨架安置工序骨架安置工序 澆筑工序澆筑工序 養護工序養護工序 質檢員質檢員 蒸養室蒸養室 工人 管理人員 預制構件 RFID標簽 圖例 路由器 臺式電腦 平板電腦 原料庫存 質檢員質檢員 系統配置圖 12 系統應用流程 生產方案制定 是 系統內 流程步驟 R 系統內 判斷步驟 業務 流程步驟 系統內 信息流 構件 流動方向 通過RFID 采集數據 圖 例 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配5、 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 生產方案制定 工序 開始 RR 工序 結束 R 構件 入庫 R 構件 出庫 R 開始 配送 R 到貨 簽收 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 關鍵 算法 存儲與配送管理 進度管控 質量管理 13 功能功能大類大類 功能說明功能說明 組織權限設置 用戶登入登出、組織機構及用戶設置、用戶權限管理等 車間信息設置 設備信息設置、模具信息設置、人員信息設置、模臺信息設置、 生產線信息設置和堆場信息設6、置等 生產訂單管理 訂單信息管理、訂單跟蹤管理、項目跟蹤管理 作業計劃管控 作業計劃查看、工序耗時設置、作業計劃制定、作業計劃調整 物料調配管理 物料調配路徑規劃、物料調配任務獲取、物料調配記錄 生產工序管理 最新生產任務獲取、管理預制部品各工序生產過程、生產突發情 況上報等 成品堆場管理 成品存儲管理、存儲構件查看 成品配送管理 構件配送管理，構件配送查看等 系統主要功能 14 項目基本情況 五和萬科長陽天地項目 房山區長陽鎮01-09-09地塊 裝配整體式剪力墻結構體系 主要預制類型 外墻板230件，7類 疊合板440件，5類 應用項目 利用該系統，對上述構件生產、存儲及配送過程進行模 擬7、管理，同樣適用于特色小鎮建設 系統試用 15 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 生產線信息設置界面 16 系統管理員 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維8、修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 模具信息設置界面 17 系統管理員 訂單基本信息管理界面 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 18 調度長 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管9、理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 訂單詳細信息管理界面 19 調度長 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 交付批基10、本信息管理界面 20 調度長 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 作業計劃制定界面 21 調度長 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生11、產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 骨架安置工序管理界面 22 工人 超高頻（868至956MHz）RFID讀寫設備及芯片 - U Grok It RFID Reader - Xerafy Bric RFID Tag； Embeddable RFID Wire Tag RFID設備選用 23 生產質量檢查界面平板電腦 質檢員 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否12、 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 質量信息查看界面 25 質檢員、車間主任、工人 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 訂單進度管理界面 26 調度長、車間主任 項目進度管理界面 27 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 13、管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 調度長、車間主任 計劃重調部分參數界面 28 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 14、預制生產作業計劃最 優化制定算法 調度長 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 作業計劃最優化調整界面 29 調度長、車間主任 物料調配路徑最優化規劃界面 30 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 15、調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 物料調配員、工人 構件存儲管理界面 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 31 庫管員、配送員 構件配送管理界面 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定16、 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 32 配送員 基于新愿景 互聯網+技術的應用 BIM、移動終端、物聯網（RFID）、智能化 優化技術的應用 作業計劃的制定 作業計劃的調整 物料的重調配規劃 適用范圍：鋼筋混凝土預制構件流水線生產 該系統的“技術含量” 33 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆17、場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 作業計劃最優化模型 優化目標 - 工作站閑置時間最短 - 違約費與庫存成本最少 - 生產總時長最短 - 減少工作站生產內容變動 限制條件 - 產能限制 - 蒸養室容量限制 - 工作制限制 - 工序間緩存空間限制 - 模板數量限制 - 模臺數量限制 優化目標公式 限制條件公式 34 作業計劃最優化調整模型 優化目標 - 違約費與庫存成本最少 - 生產總時長最短 - 物料調配18、工作最少 - 所使用產能余量最少 - 限制條件 - 產能限制 - 工序間緩存空間限制 - 模板數量限制 - 模臺數量限制 - 原料數量限制 - 優化目標公式 限制條件公式 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 36 物料提前布置 各工序生產耗時放寬 10%20% 是 結束 生產訂單 管理 作業計劃 制定 質檢方案 管19、理 一體化跟 蹤 物料調配 管理 成品堆場 管理 成品配送 管理 生產工序管理 突發 情況 作業計劃 調整 開始 生產質檢 質量 問題 是 維修整改 否 否 預制生產作業計劃最 優化調整算法 預制生產物料重調配 最優化路徑規劃算法 預制生產作業計劃最 優化制定算法 物料重調配路徑最優化規劃模型 優化目標 - 載具行進總路程最短 - 急需物料優先調配 限制條件 - 物料調配需求均滿足 - 裝載量限制 - 堆場容量限制 優化目標公式 限制條件公式 37 遺傳算法 計劃目標 計劃模型 最優計劃(規劃) 利用遺傳算法求解上述模型 38 該項目中某日計劃 生產總時長 =41h 本系統生成的作業計劃 As20、prova APS軟件生產的作業計劃 生產總時長 37h 與商業軟件Asprova對比作業計劃效果 39 S4 18 S1 14 S2 15 S2 16 S3 17 S4 19 S1 7 S1 8 S2 9 S2 10 S2 11 S3 12 S4 13 S1 1 S1 2 S2 3 S3 4 S4 5 S4 6 倉庫 3號生產線堆場 物料調配點： 2號生產線堆場 物料調配點： 1號生產線堆場 物料調配點： Si j Si j j號物料調配點需 運來Si型物料一套 j號物料調配點需 運走Si型物料一套 1號載具行進路徑 物料重調配規劃結果例 對應于載具1 40 4 結語 介紹了研究背景 描述了互聯網+裝配式建筑智慧建造愿景 展示了一個預制構件生產優化管理系統 41 謝 謝 歡迎批評指正 42