一、国内预制混凝土构件智能生产发展现状

预制混凝土构件智能生产的发展离不开我国智能制造的宏大背景支撑。此前，我国大部分预制混凝土构件一般采用相对粗放的方式生产，普遍存在自动化程度低、作业人员多、生产效率不高等问题，环境与质量控制水平也相对低下，直至建筑工业化和智能建造全面拉开智能生产的序幕。

机械行业的智能制造比预制混凝土构件智能生产的发展要早很多，因此预制混凝土构件行业发展智能生产，可借鉴机械制造等先行领域的成熟经验，采取“并联式”的发展方式，也就是要数字化、网络化、智能化“并行推进、同步发展”。

我国各行业的智能生产发展与演进大致分为三个阶段：从上世纪中叶到90年代中期的数字化阶段，以计算、通讯和控制应用为主要特征；从上世纪90年代中期伴随着互联网的大规模普及应用，生产进入了以万物互联为主要特征的网络化阶段；当前，在大数据、云计算、机器视觉等技术突飞猛进的基础上，人工智能逐渐融入生产领域，开始步入以新一代人工智能技术为核心的智能化阶段。

不同行业生产自动化初始发展水平的差异，决定了其当前“智能化”发展程度也存在一定的差异性。就总体而言，受限于人工智能技术的发展水平与制造业应用尚未成熟，目前预制混凝土构件的“智能生产”尚未达到充分的“自适应、自决策、自执行”的智能化阶段，智能化发展依旧任重道远。

以往预制混凝土构件的生产大多数是大批量进行，市场上产品同质化现象严重，随着设计技术及经济发展水平的提高，个性化定制成为各行业发展的必然趋势，一味依赖大批量条件的生产组织形式也必然使行业面临难以持续发展的困境。

智能化时代的到来，以智能生产满足市场的多样化需求，是行业发展新的契机。建筑领域也不例外，个性化需求促进着智能化生产，而智能化生产蕴含的空前强大市场满足能力，也激发着客户的个性化需求欲望和潜在市场。目前客户的建筑定制化需求日益增强，传统制造模式在“个性化需求”潮流之下显得无能为力、难以为继，各企业的生产模式逐渐从大规模单一产品的批量生产转向多品种、变批量生产，或向个性化定制生产方式转变。

市场需求的变化迫使行业必须走向转型升级之路，必须提高生产灵活适应能力，采用模块化设计、柔性制造以满足生产不同产品的需求，同时需及时收集客户定制化信息，进一步处理并反馈，以快速响应客户需求，实现敏捷制造，这促使企业关注数字化、信息化建设，实现信息化与工业化的快速融合。为提升生产效率，生产设备之间、设备与人之间都需要建立良好的信息互通和交互，各种信息技术逐步渗透到了生产的各个环节，目前条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP、MES、CAD/CAM/CAE/CAI 等技术在本行业的智能生产工厂中已得到广泛应用。

智能生产的关键在于设计数据的智能解析、制造过程智能化，通过建设智能生产工厂，促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制，进而实现整个过程的智能管控。作为工厂数字信息管理平台，制造执行系统（Manufacturing Executing System)（以下简称MES系统）是实现智能生产工厂的关键技术之一。

在预制混凝土构件智能生产工厂，MES系统的应用借助信息传递对订单下达到产品完成的整个生产过程进行了优化管理，有效指导工厂生产运作。可以实现构配件生产的全自动化运行，使生产节拍时间短、周转效率高，经济效果明显。同时可以实现对流水线、划线机、布料机、振动台、堆垛机、养护窑、翻转机等设备的全智能全过程控制，从而实现全方位信息管理，构件全生命周期管理。生产线各设备智能互联互通，高效协调运行，智能生产确保了构件质量，降低了产品成本。并通过信息化手段，实现了生产过程的透明可控，规范了生产过程，改善了管理现状。

另一方面，工业机器人等智能设备的在预制混凝土构件生产中也已经广泛应用，使工厂少人化成为趋势。例如，传统构件拆布模以往主要靠手工操作，自动化程度低，并且工位分散、效率低。在构件智能生产工厂，应用集划线/拆/布模功能于一体的机器人，采用激光扫描边模识别感知技术、复杂环境的机器人路径规划和避障技术，集机器人本体、边模输送清理机、摆渡机和模台清理机于一体，实现了拆装智能化、工位集成化。激光扫描边模识别感知技术使机器人带动线激光匀速进行一次性扫描，高帧率相机提取激光图像，同时视频实时处理技术解析三维坐标，边模图形识别算法解算边模精确位置。机器人根据构件图纸形状和尺寸计算出最优边模拼接组合，并根据图纸信息、当前边模库数据，以及负载变化将安全区域与危险区域实时耦合，计算出最优路径规划，自动避开障碍物到达目标位置，大大减少了人工参与。

二、预制混凝土构件智能生产技术

建立智能化生产工厂是建筑行业企业未来发展的必然选择。随着新型建筑工业化的快速发展，近年来，大量建筑行业企业已经将预制混凝土构件生产纳入主营业务，据统计，截至2021年，全国混凝土预制构件生产企业有1200余家，生产线4000余条，其中三分之二左右的工厂已经配置了自动化生产线，实现了不同程度的智能化生产。

在市场驱动作用下，我国智能制造整体水平得到了显著提升，制造企业利用大数据、机器人、物联网等技术赋能传统制造业，逐步打造柔性生产、定制化产品交付等核心竞争力，形成了一批典型应用系统与场景，建成了一批智能工厂，工业机器人、3D打印、智能物流装备、工业软件等新兴产业，实现了30%以上的快速增长，目前已发布了一大批智能制造国家标准，基本覆盖设计、生产、物流、销售、服务制造全流程。在此社会化公共平台技术基础上，协同绿色建筑与建筑工业化发展，预制混凝土构件智能生产技术亦取得了长足发展，基本情况如下：

1）针对预制混凝土构件的生产特点，初步建立了先进适用的智能生产线的工厂布局与系统架构理论体系，形成了一批具有自主研发与供应能力的行业企业，预制混凝土构件工厂的选型设计具有更大的选择空间。

2）大部分生产线采用了先进的集中控制系统，工厂自控系统平均投用率已逐步提升到60%—70%，有效提高了生产的自动化程度。

3）初步建立了生产设备的制造执行系统（MES），尤其在钢结构、门窗、地板等标准化程度较高的预制混凝土构件生产线中已经实现了较为成熟的应用。MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用，在ERP系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。

4）初步建立了生产工厂的通讯网络架构，实现工艺、生产、检验、物流等制造各环节之间数据的采集与指令传送，实现了智能生产的网络化支撑。智能生产工厂的建立需实现生产设备网络化、生产数据可视化、生产过程透明化等先进技术应用，实现设备端到生产端的集成，以满足高质量发展阶段提出的优质、高效、低耗、灵活的生产需求，当前已经具备了基本底层技术基础。

5）建立了生产工厂信息化管理系统，包括传统ERP系统以及基于互联网的SaaS化工厂管理软件，大部分生产线实现了生产过程管控、关键工艺工序数据在线监控，部分先进生产线实现了物联、大数据分析应用；实现了远程运维服务，远程线上诊断故障报警、并排故逐步成为常态，有效减少了产线的停机率，设备和产线的物联已经逐步成为智能生产线的标准配置，为工厂提供了轻量化的管理工具，使之更加高效、便捷。

6）智能仓储（堆场）、物流系统开始在智能生产环节逐步普及应用，提升了仓库货位利用效率，提高了仓储（堆场）作业的灵活性与准确性，可合理控制库存总量、降低物流仓储人员需求数量，大幅压缩物流仓储成本。

7）智能生产在节能减排方面已取得明显效果。在工厂建设、设备选型和运营过程中，行业企业逐步建立了能源管理需求和意识，如预制混凝土构件智能养护技术已经全面普及应用。

三、存在的问题

尽管近年智能生产发展迅速，但由于起步较晚，目前依旧存在诸多待解决的问题。由于预制混凝土构件结构和生产工艺一般较为复杂，该特定领域的适合中国国情的技术基础需要行业经历较长时间的积累与完善，目前智能生产的系统可靠性、生产灵活性、投入产出比还需要进一步提高，不仅如此，行业面临的挑战主要有：

（1）预制混凝土构件智能生产的细分行业技术路径缺乏系统规划，评价与导向机制缺乏。智能生产技术研发投入巨大，周期长，技术复杂度高，大量研发方向不正确，导致出现“智能化陷阱”，诸多企业在创新中经营困难，严重影响了行业的健康发展。行业学、协会、政府主管部门应尽快组织行业力量有序规划发展路径，发布分领域指南，避免社会资源浪费。建筑部品、部件生产业企业在智能化生产工厂建设过程中，应在合理且有延续性的整体规划与顶层设计的基础上，沿着“智能生产要素—智能生产能力—智能生产系统”的发展方向，分阶段且持续性地获取智能生产要素，推动智能生产的发展。

（2）行业发展所需要的支撑性专项标准缺乏。急需出台预制混凝土构件、钢筋加工等的智能生产装备及其专用软硬件系统、平台的专业标准，该部分标准目前缺失率较高，严重影响了智能生产水平的提升。其中特别是很多装备制造企业、构配件生产企业对“智能化”概念定义不清晰，经常把智能化、自动化混为一谈，导致“智能化”概念混乱、名实不符，往往误导下游用户和管理决策者，影响了行业的健康发展，因此行业急需制定智能生产的分类评价标准，以统一行业对智能化的评定标准，规范化市场秩序。

但该部分标准非短期内能够补齐和成熟，需要全行业有计划、系统地分工协作完成，因此行业智能化之路任重而道远，期间各方力量需要高效协同，共同解决标准研制问题。

（3）行业企业信息化基础薄弱，严重制约智能生产的高效运行，甚至导致智能生产无法运行。当前工厂的人员构成基本以外包团队和少数的管理人员组成，并没有专业化的信息化基础。同时大多数企业都试图用管理软件的实施倒逼管理人员数字化意识建立，然而在企业没有基础的数字化、信息化管理流程前提下，员工更是没有按标准作业的习惯。那么，即使工厂配置了信息化系统，也会因为职责不清、流程不明、数据不真实、执行不到位等因素导致软件无法落地，信息化水平无法提升，智能生产无法全面普及和发挥应有的作用。

（4）智能生产专业人才短缺，基层技能人才培养基础薄弱。行业不仅需要新生力量的注入，更需要对现有从业人员进行大面积专业提升，以保证行业持续稳定发展，目前行业企业存在师资和培训资源缺乏等问题，大量从业人员知识结构陈旧，难以适应智能化升级，制约了行业的高质量发展。

（5）智能生产线装备供需矛盾突出。目前预制混凝土构件的需方市场以非标化为主特征，而大部分行业装备生产能力仍处于经典制造模式，现有装备同质化严重、产能过剩，而满足柔性生产的部品部件生产装备及其新工艺理论严重缺失，出现结构性短缺。

（6）既有传统生产线的存量问题制约行业发展。前期已经建成的大部分生产线均难以满足智能化时代的市场需求，其灵活性不足、能耗高，很多生产线刚建成即过时，利用率不高，造成大量社会资源的闲置与浪费，但由于生产线投资巨大，大部分生产线的建成时间不超过5年，企业难以下决心将其淘汰。对既有生产线如何进行经济、有效的智能化升级改造是摆在行业面前的现实问题。

四、结语

目前，我国预制混凝土构件生产企业正处于由粗放式、劳动密集型企业向技术型企业转变的关键时期，智能化已经在整个转变过程中起到至关重要的作用。但是，由于发展历史相对较短、综合技术基础相对薄弱，我国预制混凝土构件生产领域的智能化与欧美等国家相比还有相当差距，如前所述，我国预制混凝土构件智能生产还存在诸多问题，任重道远，尤其在支撑智能生产的基础软件和高可靠性装备方面缺乏供给能力，技术原创力不足，需要行业正视问题，有关主管部门加强政策引领和顶层规划，行业同仁一步一个脚印，解决存在的问题，逐项攻克核心关键技术，尽快实现整体提升，助力智能建造全面综合发展，从而促进建筑业尽快实现转型升级。