馬德里工業大學（DISAM）為西班牙Dragados S.A.建筑公司新開發出建筑工業用的預制GRC（玻璃纖維加強水泥）板的機器人加工單元。所開發系統的主要貢獻是自動編程和全規劃的控制。把在CAD系統上完成的建筑物外觀的建筑三維圖作為輸入。通過CAD設計，就可獲得（預制）板部分的優化外觀面。為了制作每一塊（預制）板，任務和路徑自動規劃由裝備在加工單元中的設備：噴涂機器人、PLC、控制計算機等來完成。

雖然近年加強了工作，但建筑業的自動化水平仍比其他工業低好多。由于非重復性工藝、標準化水平低及現場環境的高度非結構性，在這個重要的工業部門應用自動化技術是非常困難的。

建筑工作可分為主要的兩類：離場工作和現場工作。現場工序完成那些被認為是典型的建筑工作，即建造工作。這些工作最難于自動化，這主要是由于在其中工作的環境及其復雜多變。盡管有這種困難，但還是開發了這種用途的一些機器人。離場的建筑工序更適于機器人噴涂，這是因為工作是在結構性環境中進行并且工序變化是受控的。

一種普通的離場工序是制造預制板，其后預制板在現場進行裝配。最近幾年中，一種重要的村料玻璃纖維加強水泥（GRC）被應用于這種工業中。GRC技術已存在了30年，并且由于它的撓性變得非常普及。GRC材料是通過水泥與切碎的玻璃纖維條混合而預制成，達到足夠的撓拉強度而同時保持輕的重量（40 kg/m2～60kg/m2），相比之下的傳統混凝土板為210 kg/m2～230kg/m2）。這使得可以制造任何三維幾何形狀的非常大的板（6m×3m），具有易運輸和易于在工地（現場）安裝的雙重優點。

很長時間以來，西班牙Dragados S.A.（DYC）建筑公司應用于手工制造的GRC板主要用作外觀面部分（圖1）。由GRC板構成的外表部分的優良成品質量使它們能應用于大變化的環境中。

圖1
能否得到滿意的質量是用這種手工方法制造GRC板的制約因素。因此一個開發預制GRC板的機器人制造單元的項目于1991年啟動了。現在安裝于馬德里附近的工廠中的該自動單元是由馬德里工業大學（DISAM）在西班牙工業與能源部的財政支持下為西班牙建筑公司（DYC）開發的。

一、問題的陳述

GRC板的手工制作使用的是裝有玻璃纖維切割刀片的傳統同軸噴槍。泥漿和玻璃纖維條以兩股不同的但同時噴射的射流（它們在空氣中混合并形成一個噴涂錐體）射在（預制）板的模子上（圖2）。（預制）板所需的最終厚度（1cm～1.5cm）通過數次向模子中噴0.2cm～0.5cm層厚來逐漸達到。每噴一層厚度后,需要人工用滾子壓實。通常以一個操作工做噴涂工序，而同時另有2～3個人進行壓實。手工制作的周期依據（預制）板的式樣及尺寸為15～30分，不包括噴涂前后的輔助操作和壓實時間。

圖2 同軸噴槍
在噴涂過程中，主要的要求是達到高度的均勻性。在手工生產中，這一特性（均勻性）取決于工人以固定速度使噴槍定位、定向和移動的能力及經驗。工作條件及環境影響是另外的重要因素。工人們面對的是非常臟和污染的環境，這些不只影響他們的工作表現（能力），而且對他們的健康有很大危險。

另外一方面的事實是（預制）板的三維幾何形狀非常頻繁地改變，需要高度的系統柔性。這些變化取決于建筑師的設計和他們指定的建筑物的用途。在Caracola DYC工廠最近17年中所供應的（預制）板的平均系列數是五套。甚至如果忽略（預制）板間細小差別時，系列數不超過50套，而且僅在非常罕見的情況下等于100套。在有關的預制板外觀面中這種差異是不可避免的。

預制板根據式樣和要噴的層數而有區別。第一層對所有的（預制）板都是一樣的，構成成品板的外表面。它由總厚度達2mm、不帶（玻璃纖維）的泥漿構成。根據剩余的各層，有五種不同式樣的預制板（圖3）：

圖3 GRC板的不同式樣
平殼板：總厚度達10mm兩層以上的泥漿及（玻璃）纖維。
帶肋的平殼板：與平殼板相同，但帶有加強肋。
側壁板架：與平殼板相同，但帶有鋼架。
帶絕緣層的殼板：與平殼板相同，但帶有帶絕緣片。
夾心板：與帶絕緣平殼板相同，帶有附加的GRC頂層。

二、目標

從前述部分可以清楚地看到需要能改進柔性和質量的某種自動化。因此該自動化項目的目標是設計機器人系統，以便適當地取代手工操作，而同時改善勞動條件、減少廢料、提高產品質量和均勻性，以及減低勞動量（圖4）。

圖4（a）傳統的手工操作工序；（b）新開發的機器人操作工序
GRC板的生產包含幾個步驟，其中噴涂和壓實是最關鍵的。自動化工作集中在這兩方面。在多年手工生產獲得的經驗基礎上，所設計的系統是柔性的，足以復蓋不同預制板的小批量生產，并集成了CAD和CAM。為開發一種集成的柔性的低成本系統作了很大努力，該系統將被應用在一定范圍的相似用途上，諸如涂膠、密封和清洗。

在擬實時要求條件下能加工變化很大的小批量產品的高柔性生產單元, 現時對大多數公司來說是關系重大的。這種柔性達到了可在制造環境中使用屬于計算機集成制造（CIM）的柔性制造系統（FMS）。這個概念現今已以計算機集成建筑（CIC）方法適用于建筑工業。CIC的FMS的發展必須考慮以下這些系統共有的固有障礙：（1）軟件和/或硬件的低水平重復使用；（2）在新的制造條件下開發的算法的中等水平魯棒（堅固）性；以及特別是（3）在開發研究所與接受者之間傳遞技術決竅的困難。因此為了提高效率，設計一種能對一套用途進行編程的柔性制造系統（FMS）是非常重要的。這就是在開發GRC噴涂/壓實單元中已完成的工作。最初開始時的意圖是開發一種FMS，它用于涉及三維表面處理的一組不同用途：噴涂、涂色、清洗、密封等，而噴涂/壓實是用于特定的情況。

三、系統構成

GRC板的制造要經過幾個步驟：（1）模子準備（包含安放以后現場裝配用的夾板）；（2）噴涂/壓實；（3）硬化；（4）從模子中取出（預制）板；以及（5）養護。

當前模子是用木材人工打制的，但是，隨著新材料的出現，這一步驟的自動化將也能考慮加以解決。由于噴涂/壓實是最關鍵的步驟，加之勞動非常緊張，自動化工作集中在這上面。余下的工序保持他們的通常操作程序，外加了兩個步驟：把空模子自動地送入噴涂/壓實單元及把填好的模子移出，這兩者都用輥子輸送裝置來完成。