输电线路铁塔制造技术发展趋势

0.引言

中国制造2025”主要围绕创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展、人才为本等关键环节以及先进制造、高端装备等重点领域，提出了加快制造业转型升级、提质增效的重大战略任务和重大政策举措，力争到2025 年，中国从制造大国迈入制造强国行列。

输电线路铁塔制造行业为传统劳动力密集制造行业，加工自动化水平较低，加工模式落后。在新技术、新产品层出不穷的今天，在“中国制造2025”国家战略背景下，铁塔制造企业唯有紧跟时代的步伐、努力创新，积极将数字化、信息化、智能化等新技术融合于生产加工过程中，才能实现转型升级，进一步提高企业的核心竞争力。

1.铁塔加工企业现状

目前，国内上规模的铁塔制造企业有300余家，部分企业应用了ERP系统进行采购、生产和销售管理，大都还停留在分散的人工传递各种信息阶段，管理效率不高[2]。近年来，虽然铁塔加工设备自动化程度不断高，出现角钢生产流水线、等离子复合机、筋板数控流水线等数控设备，但部分工序如制弯、坡口、焊接等工序自动化程度不高，整体加工效率低。

2.存在的问题

目前铁塔制造技术与“中国制造2025”存在以下几个差距

2.1 设备自动化程度低

铁塔制造工艺由下料、制孔、打钢印、切角、制弯、焊接、组装、镀锌、包装等多道工序组成。其中下料、制孔和打钢印等工序由于采用角钢生产流水线、等离子复合机、筋板数控流水线等数控设备，自动化和集成度较高，其他工序还处于半自动或手工加工，生产效率低，且质量不稳定，受人员因素影响大。

2.2 生产模式落后

目前虽然部分铁塔制造企业引入ERP生产管理系统，实现了生产任务下达、材料领用、加工进度和结算统计等工作数据共享。但大部分数据来源于人工录入，车间加工、信息传递、生产操作过程管理、检验管理主要以纸质文件为载体。数据收集时率低，受人员操作影响大，无法为生产决策提供及时可靠信息。

2.3 环保、节能效率不高

输电线路铁塔防腐方式主要为热浸镀锌，热浸镀锌是铁塔制造的重要工序，也是铁塔制造企业一个重要的利润来源。镀锌工艺过程中产生酸雾、锌烟以及废酸对环境和人体有不利的影响。随着国家对环境保护法规的完善，加上人民群众环境保护意识的逐步提高，铁塔制造企业面临较大的环保压力。

3.铁塔制造技术的发展趋势

3.1 自动化设备的研发

国内铁塔制造设备自动化水平与国外发达国家还有一定的差距。日本已拥有先进的钢管塔加工专用自动化工装设备、在线检验设备等，实现了产品的自动化生产和检测。我国则仅在制孔、打钢印等部分工序实现自动化生产，总体自动化程度不高。铁塔加工设备研发将向自动化、集成化发展方向，最大可能减少人工操作和流水线长度。自动上下料装置、钢管塔生产流水线、焊接机器人、钢板加工复合机等设备的研发和应用是目前铁塔设备研发的重要方向。

3.2 智能制造技术应用

智能制造技术包括智能化制造技术和信息化管理，铁塔智能制造技术包括以下几个方面：

3.2.1 数字化制造，生产状态和进度实时监控

数字化制造，通过生产组织模式、管理模式、过程数据采集、过程质量控制的数字化及数控设备网络化，构建数字化制造系统，该系统以解决单件小批定制生产模式为应用对象。

在生产组织模式上，充分考虑多品种批量订单生产类型企业的特点，构建由数控设备、自动输送机构组成的柔性生产单元，通过柔性单元内部和单元之间的柔性，解决数字化制造过程的柔性问题;

在生产管理模式上，结合精益生产管理模式，实现生产过程中的信息协同，提升和优化车间管理方式和管理效率;

在过程数据采集上，通过光电传感器件的使用，实现过程数据的实时采集和传输;

在质量控制上，通过数字化监测设备和单元，实现质量控制的自动化和数字化，保障制造过程的质量要求。

3.2.2 智能化物流，生产物流的精细智能管理

由数字化立体仓库、AGV 小车、数字化分拣装置、二维条码标示及识别和智能物流管理系统组成，负责数字化车间各环节所需物料的配送和调度。在物流组织模式上，考虑配送的柔性，配送设备采用AGV 小车方式;物流引导通过二维条码方式实现，通过标示和识别，准确、实时采集物流配送数据。

生产车间在空间和设备布局方面，需按照以下原则：

①符合工艺流程，满足制造资源(包括人、机具和物料)在空间上紧密结合、时间上适当连接的需要;

②减少物料搬运工作量，减少自制零件和外购件的损坏，减少在制品库存量或库存时间;

③物流线路的规划，应以能降低物流过程中运输成本并能适当灵活地改变路径，加快生产流程为原则。

3.2.3 信息化管理，企业业务层到车间系统垂直集成

通过SCADA、MES、ERP、PDM系统的整合以实现一体化生产管理，从而提高整体生产效率。依据企业信息化层次模型，实现计划排产、生产执行、物料管理、质量管理、设备管理、车间管理、实时监控、报表管理等功能，支撑实现生产调度智能化、设备运维数字化、质量控制精细化、制造过程可溯化、实效分析实时化、车间管理集成化六大管理目标。

3.3 BIM技术应用研究

BIM是以三维数字技术为基础，集成建设工程项目各种相关信息的工程数据模型，同时又是一种应用于工程决策、设计、建造、管理的数字化技术[3]。

铁塔生产以工程为单位，研究基于BIM技术理念工程管理信息协同数据平台，构建信息共享平台整合了生产决策、材料采购、设计(放样)、生产、试组装、售后等多个阶段的信息，实现了工程生产管理系统规划、三维设计、生产协同管理、虚拟组装、售后反馈的全寿命周期工程管理和信息共享。如材料情况、图纸情况、生产情况、工地安装反馈情况等实现平台共享。可有效提高工程铁塔生产管理效率，符合信息化背景下生产精益化管理要求。

3.4 新材料、环保节能工艺研究

铁塔用钢向高强度、大型化方向发展。在输电铁塔中使用高强度、大规格钢材，可以有效减轻塔重，提高铁塔结构可靠度。近年来，特大规格角钢、Q420Q460级直缝焊管、锻造法兰、10.9级高强螺栓等铁塔新材料在今后一段时期仍将有很大应用空间。同时新型杆塔材料向轻型、环保方向发展，在输电线路中使用耐候钢、球墨铸铁等新型杆塔材料不仅可以克服现有普通碳钢镀锌污染、后期维护成本高等问题，还具有加工效率高、运输安装方便，维护成本低等优点，是后期杆塔材料的发展方向。面对出现越来越多的新型材料，研究相应的配套工艺，提高加工效率和质量是铁塔企业需要解决的问题。

铁塔热防腐技术向无害化、节能化发展。现行铁塔镀锌工艺能耗高、易造成污染，开展新型节能环保镀锌工艺研究，改进原有防腐技术需求迫切。重点研究方向是，开发镀锌工艺环节中的无烟助镀技术、酸雾吸收技术、锌锅加热和保温技术、无铬钝化工艺、废酸回收利用技术，开展热喷涂防腐实用化技术研究。

4.结论

铁塔制造行业属于而传统装备制造业，自动化水平低，生产效率远低于汽车等行业。随着人力成本不断提高，倒逼企业转型升级。数字化、信息化、智能制造和绿色环保加工技术符合“中国制造2025”国家战略，是铁塔制造技术的发展方向。但由于起步较晚、技术基础薄弱，许多关键问题仍需要广大技术人员努力解决。