DfMA房屋面板生产

该联盟在工厂条件下为DfMA住宅设计了一条高效的生产线(图1)。其目的是通过减少工作流程的可变性来解决生产率低下的问题,并利用精益原则来确保DfMA住宅的连续系统流程。

图1 -机架生产线概况

数字1-框架生产线概述(来源:QM系统:模块化房屋装配线,2020年)

生产线由一系列线性工作站组成,在给定的时间内批量生产DFMA框架,因此它们随后可以被制造成主吊舱和面板单元。为了提高个性化并满足广泛的客户需求,可以以较低的单位成本开发超过42种设计框架变体。最佳实践在建设中采用与新兴方法、材料和技术相关的方法,以实现价值最大化,提高建设速度并消除无附加值的活动。反过来,DfMA房屋的产量和生产力更高,废物的产生最小化,运营成本大大降低。为了构建DfMA框架,需要考虑生产平台的三个主要方面(i)固定c梁(ii)面板处理和(iii)模具托盘。通过使用物流、标准化接口和设计优化方法,联盟成员开发了一条具有高成本效益的生产线,具有加快制造、减少现场施工和改造住房建设的能力。

目标

DfMA房屋平台面板子组装生产线采用了精简的、以产品为中心的大规模生产方法高效、优质的框架构成吊舱和面板单元。制定了下列目标:

  • 标准化和最小化生产操作的复杂性,以减少工艺时间和提高内部框架的制造速度
  • 考虑DfMA框架变体的可变性,以满足客户的广泛兴趣
  • 选择具有成本效益的生产线解决方案,以极大地减少时间复杂性、劳动力需求和材料和非增值操作方面的废物产生。
联盟成员

BCU团队提供研究和见解,特别是在定义基于平台的DfMA房屋的设计标准和数据要求方面,并支持设计解决方案的开发。平台开发过程中产生的知识在基于知识的工程工具中进行编程。项目主要研究人员:

  • 林孝明博士张(首席研究主任)
  • Abdel-Rahman Tawil博士
  • Edlira (Kalemi) Vakaj博士
  • Panagiotis Patlakas
  • Kudirat Ayinla
工业合作伙伴:
  • Walsall Housing Group (whg) -西米德兰兹地区最大的经济实惠和高质量住房提供商之一。它们定义了项目的用户需求。
  • 哈德利集团是世界一流的冷滚压技术工程领导者,专门生产轻质钢构件,具有典型的防火等级和隔音性能。他们为DfMA住宅设计了钢框架。
  • Northmill Associates -一家以设计为主导的建筑公司,提供稳健的,以客户为中心的建议和建筑解决方案。他们引领着DfMA房屋设计的发展。
  • QM系统-为生产线、机器人和定制工程开发提供自动化测试系统的创新解决方案提供商。他们评估生产设计中的自动化潜力。
  • 能源系统弹射器(ESC) -一个由合格工程师组成的专业团队,其使命是释放创新解决方案,以实现社会脱碳,并抓住机会最大限度地减少生态足迹。他们评估了DfMA房屋设计的能源性能。
自动化框架生产流程

生产线由一系列线性工作站组成,在给定的时间内批量生产DFMA框架,因此它们随后可以被制造成主吊舱和面板单元。为了提高个性化并满足广泛的客户需求,可以以较低的单位成本开发超过42种设计框架变体。最佳实践在建设中采用与新兴方法、材料和技术相关的方法,以实现价值最大化,提高建设速度并消除无附加值的活动。反过来,DfMA房屋的产量和生产力更高,废物的产生最小化,运营成本大大降低。为了构建DfMA框架,需要考虑生产平台的三个主要方面(i)固定c梁(ii)面板处理和(iii)模具托盘。通过运用物流、标准化接口、优化设计等方法,联盟成员已开发出一条具有成本效益的生产线,与高能力,加快生产,尽量减少现场施工和改造住房建设。

生产线布局

图二-生产线布局概述(来源:QM系统:模块化房屋装配线,2020年)

生产注意事项

为了安全高效地制造和组装DfMA房屋,有三个主要考虑因素。这包括以下内容:(i)固定c型梁(ii)面板处理和(iii)模具托盘。通过使用精益和敏捷的知识,采用最佳的解决方案来辅助生产线,减少整体流程时间,确保更高的质量保证,并提供真正的价值。下面提出的所有解决方案都可以沿线性过程批量生产DfMA框架,以提高生产力和总客户满意度。

1)面板组装用于固定c型梁

QM系统有限公司已经检查了几种固定DfMA房屋c梁的方法。以下方法是:自穿铆接、焊接、压接和螺钉插入。由于健康和安全问题以及高昂的成本支出,避免了焊接过程。切割镀锌钢会释放出有毒的氧化锌,这是有毒的,与严重的健康损害有关(即肺部疾病、呼吸能力下降、头晕、金属烟雾热等)。因此,由于需要进行烟尘提取,以及表面处理以防止氧化和暴露于氧化锌,因此需要花费成本。此外,氧化锌会使焊透困难,这可能会增加生产过程和生产DfMA框架的运行成本,从而破坏采用焊接方法的总效益。

类似地,自穿铆接机械紧固过程被避免,因为它破坏了精益生产过程。这种方法驱动铆钉通过框架和联锁他们使用合适的模具。然而,这种方法在DfMA生产线上被驳回,因为效率严重依赖于大量劳动力。高人力相当于更大的成本和增加的能源消耗,这可能会导致低美学完成度,并增加额外的重量,阻碍效率和整体生产过程。

在其余的方法中,由于几个原因,钉钉被认为是一种乐观的固定c梁的方法;1)所述方法不涉及给料二次部分以形成初级接头;2)不需要额外的材料或铆钉,从而降低生产复杂性;3)与其他方法(即自穿铆接、焊接等)相比,该方法是一种更经济可行的投资;4)初始资金投入后,维护需求相对较低。

在进一步研究固定概念之前,我们得出结论,使用螺钉插入是组装框架的最佳方式。这一决定主要是基于这样一个概念,即螺钉插入不像前面提到的所有其他方法那样提供永久关节。通过自钻手动插入螺钉或自动送入框架,一次实现两个螺钉循环。这使得它成为一种方便、经济和聪明的方法,当最终装配中有故障的螺钉或错误时,可以重新加工接头。所有工位的螺纹要求是统一的,从而优化了生产系统,降低了设计成本。

2)面板处理

QM系统有限公司提出了专门的夹具在生产过程中处理面板。由于其高强度的夹持力,面板基本上由一系列气动开关夹持器夹持,这使得面板在螺钉插入过程中能够安全地抬起和翻转。螺旋千斤顶适用于提升高负荷和高占空比,机械连接彼此允许安全操作。此外,回转驱动器安装在夹持器上,允许控制面板的旋转运动,同时最大限度地降低健康和安全风险。夹持器的宽度可调,以适应面板长度和样式的变化,从而增加了DfMA框架的生产线灵活性和制造难度。

最后,为了卸载生产线末端的面板,提出了在机械简单、空间高效的a型架升降机中使用螺旋千斤顶将面板提升到一侧的解决方案。一旦它们在垂直位置对齐,就会被存储在烤面包架式的存储单元中,随时准备运送到建筑工地。

3)工具托盘

模具托盘设计有可移动和固定夹具(图3),允许定制。建立灵活的工装托盘,包括许多可移动的夹具,以固定c型梁,形成面板框架。夹具高约400mm,以配合固定过程,并允许固定工具通过下方,在生产过程中将横梁固定在一起。灵活的模具托盘考虑到面板设计的可变性,因为每个夹具可以根据客户的要求和兴趣沿线性轨道移动。最终,模具托盘设计具有高回弹性和强度,使其能够将横梁固定在正确的位置,直到它们成功固定。这提高了制造和生产过程的速度,提高了效率和质量保证。

模具设计的调整功能可适应具有众多功能的各种面板(即门口或窗户或屋顶细节的倾斜面板等)和尺寸。这导致了一个工具托盘设计,可以小心地处理面板螺钉插入两侧,以低成本。

图3:固定工装,带活动夹具的柔性工装托盘

图3:固定工装,带可移动夹具的柔性工装托盘,以及为螺钉插入开发的带可移动和固定夹具的工装托盘(来源:QM系统:模块化房屋装配线,2020年)

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