1、互联网+装配式建筑构件生产优化管理 马 智 亮 博士、教授、博士生导师 清华大学土木工程系 交流大纲 1 背景 2 互联网+装配式建筑构件智慧生产愿景 3 互联网+预制构件生产优化管理系统 4 结语 2 特色小镇建设采用新技术 装配式建筑具有减少环境污染，缩短工期，提高 建造质量等优点 3 1 背景 目前预制构件生产手段落后，管理方式粗放 4 基于分派规则的方法 典型分派规则 最早交货期分派法 最短加工时间分派法 最短余裕时间分派法 关键工序分派法 5 目前预制生产作业计划制定方法 确定构件 投产顺序 编制 作业计划 生产限 制条件 分派规则 选定 满足 预期？ 否 是 1.需要人工反复比选，2、 其效果依赖于用户经验； 2.不保证所得结果最优 关键问题 工作效率低，不能有效利用产能，进度可控性差 解决思路 充分利用互联网+（BIM、物联网、移动终端等） 及优化算法， 基于新愿景，通过研制预制构件生产过程优化管 理系统， 支持实现 生产过程的最优化决策 对生产实时的跟踪和管理 6 基于BIM的板类建筑构件流水生产自动化 7 2 互联网+装配式建筑智慧生产愿景 基于BIM的梁柱类预制装配式建筑构件生产半自动化 8 基于BIM、物联网和GIS 的预制装配式建筑构件 精细化生产、调度及实时追踪 9 生产 863计划项目研究成果：基于BIM的预制构件生产过程优化管理系统 10 3 互联网+预制3、构件智慧生产管理系统 11 BIM数据接口 其他数据接口 数据层 平台层 应用层 作业计划 管控模块 生产工序 管理模块 成品堆场 管理模块 生产订单 管理模块 组织权限 设置模块 接口层 数据源 BIM数据其他数据 附件数据 生产质量 管理模块 成品配送 管理模块 技术文档BIM模型文件 网络层 BeX5 Tomcat服务器流程管理文档管理 车间信息 设置模块 网络 构件加工图 表现层 系统管理员界面车间主任界面调度长界面质检主任界面 质检员界面库管员界面配送员界面生产工人界面 XBIM BIM解析与显示 物料调配 管理模块 物料调配员界面 系统架构图 系统系统 管理员管理员 一一 号号 生4、生 产产 线线 因特网因特网 车间主任车间主任 调度长调度长 质检主任质检主任 物料调配员物料调配员 库管员库管员 配送员配送员 物料堆场物料堆场 支模工序支模工序 骨架安置工序骨架安置工序 浇筑工序浇筑工序 养护工序养护工序 质检员质检员 蒸养室蒸养室 工人 管理人员 预制构件 RFID标签 图例 路由器 台式电脑 平板电脑 原料库存 质检员质检员 系统配置图 12 系统应用流程 生产方案制定 是 系统内 流程步骤 R 系统内 判断步骤 业务 流程步骤 系统内 信息流 构件 流动方向 通过RFID 采集数据 图 例 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配5、 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 生产方案制定 工序 开始 RR 工序 结束 R 构件 入库 R 构件 出库 R 开始 配送 R 到货 签收 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 关键 算法 存储与配送管理 进度管控 质量管理 13 功能功能大类大类 功能说明功能说明 组织权限设置 用户登入登出、组织机构及用户设置、用户权限管理等 车间信息设置 设备信息设置、模具信息设置、人员信息设置、模台信息设置、 生产线信息设置和堆场信息设6、置等 生产订单管理 订单信息管理、订单跟踪管理、项目跟踪管理 作业计划管控 作业计划查看、工序耗时设置、作业计划制定、作业计划调整 物料调配管理 物料调配路径规划、物料调配任务获取、物料调配记录 生产工序管理 最新生产任务获取、管理预制部品各工序生产过程、生产突发情 况上报等 成品堆场管理 成品存储管理、存储构件查看 成品配送管理 构件配送管理，构件配送查看等 系统主要功能 14 项目基本情况 五和万科长阳天地项目 房山区长阳镇01-09-09地块 装配整体式剪力墙结构体系 主要预制类型 外墙板230件，7类 叠合板440件，5类 应用项目 利用该系统，对上述构件生产、存储及配送过程进行模 拟7、管理，同样适用于特色小镇建设 系统试用 15 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 生产线信息设置界面 16 系统管理员 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维8、修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 模具信息设置界面 17 系统管理员 订单基本信息管理界面 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 18 调度长 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管9、理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 订单详细信息管理界面 19 调度长 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 交付批基10、本信息管理界面 20 调度长 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 作业计划制定界面 21 调度长 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生11、产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 骨架安置工序管理界面 22 工人 超高频（868至956MHz）RFID读写设备及芯片 - U Grok It RFID Reader - Xerafy Bric RFID Tag； Embeddable RFID Wire Tag RFID设备选用 23 生产质量检查界面平板电脑 质检员 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否12、 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 质量信息查看界面 25 质检员、车间主任、工人 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 订单进度管理界面 26 调度长、车间主任 项目进度管理界面 27 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 13、管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 调度长、车间主任 计划重调部分参数界面 28 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 14、预制生产作业计划最 优化制定算法 调度长 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 作业计划最优化调整界面 29 调度长、车间主任 物料调配路径最优化规划界面 30 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 15、调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 物料调配员、工人 构件存储管理界面 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 31 库管员、配送员 构件配送管理界面 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定16、 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 32 配送员 基于新愿景 互联网+技术的应用 BIM、移动终端、物联网（RFID）、智能化 优化技术的应用 作业计划的制定 作业计划的调整 物料的重调配规划 适用范围：钢筋混凝土预制构件流水线生产 该系统的“技术含量” 33 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆17、场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 作业计划最优化模型 优化目标 - 工作站闲置时间最短 - 违约费与库存成本最少 - 生产总时长最短 - 减少工作站生产内容变动 限制条件 - 产能限制 - 蒸养室容量限制 - 工作制限制 - 工序间缓存空间限制 - 模板数量限制 - 模台数量限制 优化目标公式 限制条件公式 34 作业计划最优化调整模型 优化目标 - 违约费与库存成本最少 - 生产总时长最短 - 物料调配18、工作最少 - 所使用产能余量最少 - 限制条件 - 产能限制 - 工序间缓存空间限制 - 模板数量限制 - 模台数量限制 - 原料数量限制 - 优化目标公式 限制条件公式 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 36 物料提前布置 各工序生产耗时放宽 10%20% 是 结束 生产订单 管理 作业计划 制定 质检方案 管19、理 一体化跟 踪 物料调配 管理 成品堆场 管理 成品配送 管理 生产工序管理 突发 情况 作业计划 调整 开始 生产质检 质量 问题 是 维修整改 否 否 预制生产作业计划最 优化调整算法 预制生产物料重调配 最优化路径规划算法 预制生产作业计划最 优化制定算法 物料重调配路径最优化规划模型 优化目标 - 载具行进总路程最短 - 急需物料优先调配 限制条件 - 物料调配需求均满足 - 装载量限制 - 堆场容量限制 优化目标公式 限制条件公式 37 遗传算法 计划目标 计划模型 最优计划(规划) 利用遗传算法求解上述模型 38 该项目中某日计划 生产总时长 =41h 本系统生成的作业计划 As20、prova APS软件生产的作业计划 生产总时长 37h 与商业软件Asprova对比作业计划效果 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 仓库 3号生产线堆场 物料调配点： 2号生产线堆场 物料调配点： 1号生产线堆场 物料调配点： Si j Si j j号物料调配点需 运来Si型物料一套 j号物料调配点需 运走Si型物料一套 1号载具行进路径 物料重调配规划结果例 对应于载具1 40 4 结语 介绍了研究背景 描述了互联网+装配式建筑智慧建造愿景 展示了一个预制构件生产优化管理系统 41 谢 谢 欢迎批评指正 42