位于河北省大城县的京津冀创新产业基地车间内，隧道盾构施工的关键构件——混凝土盾构管片正在抓紧产出。生产线上，浇筑后的管片沿着预定路线移动，在第一个工位用拉刮尺找平管片表面，完成粗收面，紧接着进行精收面后，表面变得平整、光滑。现场静悄悄的，智能抹面机器人自动完成管片抹面工作。
中交装配式公司京津冀创新产业基地
这座创新型绿色智能综合性装配式产业基地，由中交一公局集团控股的中交装配式建筑科技有限公司投资建设并达产运营。中交装配式公司在京津冀区域建设了京津冀现代产业基地和京津冀创新产业基地，总占地26.67公顷，总预制构件年产能40万立方米。产业基地主营产品以装配式基建为主、装配式建筑为辅，为北京市东六环改造工程、北京市轨道交通22号线、石家庄市轨道交通4号线等重要项目提供强有力的产品支撑。
“混凝土管片收面可真是技术活，空有蛮力是远远不够的，更重要的是能控制力道和准度。收面工作需要反复琢磨提升，不能懈怠。”尽管已经从事收面工作半年，京津冀现代产业基地产业工人张显伟仍时常如此感慨。人工进行模具抹面，需要3至4个工人同时协作，难以大规模快速生产。同时，若团队配合不佳，管片很可能产生塌腰和皱痕，影响压实度和抹面质量。
2021年8月，在质量月前的检查活动中，中交装配式公司常务副总经理兼总工程师卢常亘组织统计混凝土盾构管片的残次率。结果显示，车间人工粗收面的管片外弧面出现鼓包凹陷、抹面皱痕的概率达到28.6%，且多次收面后才能达到无气孔、无裂纹、平整光滑的收面标准。“质量缺陷问题制约着生产进度，生产成本也随之增加，品质提升迫在眉睫。”卢常亘决定通过智能改造优化收面工序。
箍筋焊接机器人
此前，中交装配式公司已经自主研发出箍筋焊接机器人，通过“全自动焊接机器人+焊接平台”技术，将每个箍筋焊接时间缩短至7秒并提升焊接质量5%，实现零废品率和箍筋焊接标准化作业。“之前的智能化改造取得了显著的品质以及效益提升，这次我们也可以尝试研发智能抹面设备，应对当下困境。”卢常亘说。
针对管片人工收面存在的劳动强度大、工作效率低、弧面品质不稳定等行业痛点问题，2021年9月，中交装配式公司决定组建一支智能装备技术研发团队。技术团队由公司技术研发中心牵头，联合北京林业大学工学院，研究预制混凝土盾构管片抹面关键技术及装备。
接到管片抹面的攻关课题后，研发团队首先利用矩阵实验室软件，拆解收面过程，了解可装配空间尺寸。然后根据现场实际需求，建立出智能抹面机器人的三维可视化模型和设计架构。“我们的抹面机器人主要是在程序控制下，模拟人工操作实现各项功能。经过多次试验调节，确定最佳参数，为产品质量提供了充分保障。”研发团队负责人张海鹰说。
管片抹面完成后机械臂需自动回到启动开始点位，通过程序实现这一运动指令并非易事。这一过程中，不仅要保证编码的坐标值处于有效的工作范围内，还要根据不同区域调控压力大小值。为此，技术团队联合项目成员多次到现场测定实际距离，精准更正程序中的坐标值，确保机器人能够实现抹片压力智能调控、外弧面精准仿形、精准探测定位及位置补偿功能。此外，技术团队还在研发的机器人中加入了使管片更加平整、光滑的探测定位等技术。逐步完善后，抹面机器人整体搭建完成。
中交装配式公司京津冀现代产业基地智脑中心
2023年5月，适应自动化生产线的智能抹面机器人在京津冀现代产业基地进入试运行阶段。机器人试用的第一天，随着卢常亘按下启动运行按钮，抹面机器人宛若活了过来，在电脑控制下完成抹面工序。
整体呈矩形设计的抹面机器人，趴伏在流水线上方，机械臂可以覆盖整个收面工序范围。在计算机控制下，机械臂上下移动，带动前部的抹头沿管片表面挪移，实现抹面工作。众人目光紧紧跟随抹头的运动轨迹，卢常亘心中也暗暗欢呼。但五分钟后，抹面机器人突发故障而悬停。技术员立刻关闭了机器人急停开关，等待下一步指令。
随后，在现场的技术研发团队成员排查了机器人的控制台、机械臂、机械关节、模具等部位。他们发现，在抹面作业过程中，模具上沿不时会被混凝土残渣覆盖，影响智能抹面机器人的识别，导致计算机程序终止运行。
“小问题可能会带来大隐患，必须防微杜渐、未雨绸缪，确保安全无虞。”中交装配式公司安全总监代重谋说。为消除这一隐患，技术研发团队在模具端侧底部增加新的金属材料识别模块，并增加紧急情况下自动升高机械臂的功能，智能抹面机器人进入到2.0时代。2024年7月，识别模块的接收灵敏度和抗干扰能力增强的智能抹面机器人，在两座产业基地正式投入使用。
中交装配式公司京津冀现代产业基地
至此，智能抹面机器人成功达到技术研发团队的预期要求。据统计，每个机器人1天可以顺利完成24环，共计168片管片抹面任务，相当于提高产能125%、节约生产空间50%、减少人工投入85%。预制盾构管片智能抹面技术及装备研究科技成果顺利通过北京城建科技促进会组织的科技项目专家评估，达到“国际先进”水平。
“抹面机器人应用后，车间生产出的管片外弧面质量和精度做到品质如一。我们会继续深度融合智能装备与构件产品生产，全面助推新质生产力转型升级。”中交装配式公司总经理张翔望着抹面机器人欣慰地说。
来 源 | 九公司
供 稿 | 陈亚、韩舒卉 校对 | 刘泽民
责 编 | 冯碧玉
