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        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)智能化探討

        2017-04-09 14:27:33馮新紅何新初
        商品混凝土 2017年11期
        關(guān)鍵詞:智能化智能混凝土

        馮新紅,何新初

        (1.水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所,浙江 杭州 310024;2.杭州江河機(jī)電裝備工程有限公司,浙江 杭州 310012)

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)智能化探討

        馮新紅1,2,何新初1,2

        (1.水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所,浙江 杭州 310024;2.杭州江河機(jī)電裝備工程有限公司,浙江 杭州 310012)

        本文從智能化的定義出發(fā)分析了混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化的現(xiàn)狀,并探討了混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)未來(lái)智能化具體的發(fā)展方向。

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng);自動(dòng)化;智能化

        0 引言

        智能化是當(dāng)前控制技術(shù)中一個(gè)非常時(shí)髦的話題,在知網(wǎng)中以主題“智能化”搜索,可以查詢(xún)到十萬(wàn)余條的文獻(xiàn)資料。智能化一般定義為:由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對(duì)某一個(gè)方面的應(yīng)用。智能一般具有這樣一些特點(diǎn):具有感知能力,具有記憶和思維能力,具有學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力,具有行為決策能力。具有上述特點(diǎn)的系統(tǒng)則為智能系統(tǒng)或智能化系統(tǒng)。

        我國(guó)工程機(jī)械智能化技術(shù)方面的研究始于 20 世紀(jì)末,經(jīng)歷了學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的二次開(kāi)發(fā)、模仿開(kāi)發(fā)和獨(dú)立研究 4 個(gè)階段,取得了較大的發(fā)展和一定的成績(jī)。當(dāng)前的主要研究?jī)?nèi)容包括:智能控制技術(shù)、故障自診斷系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控和服務(wù)系統(tǒng)、機(jī)群協(xié)同智能化控制等。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)是工程機(jī)械的一部分,本文分析混凝土系統(tǒng)的實(shí)際,對(duì)其智能化進(jìn)行探討。

        1 現(xiàn)狀

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括混凝土攪拌樓(站)、原材料輸送存儲(chǔ)設(shè)備、成品混凝土運(yùn)輸系統(tǒng),以及其他輔助設(shè)施。自上世紀(jì) 50 年代引入我國(guó)以來(lái),在我國(guó)得到了迅速發(fā)展,在生產(chǎn)能力、可靠性和可操作性等方面都得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。系統(tǒng)的核心部件大部分實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,采用了攪拌樓(站)微機(jī)控制系統(tǒng)、后臺(tái)骨料自動(dòng)輸送系統(tǒng)、粉料安全上料監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)輛 GPS 定位監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)載視頻系統(tǒng)等,大大提高了混凝土生產(chǎn)效率,保證了混凝土質(zhì)量。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,混凝土企業(yè) ERP 系統(tǒng)、平臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、移動(dòng) APP 等技術(shù)的應(yīng)用,混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)逐漸成為數(shù)字化工廠,同時(shí)由于環(huán)保和安全生產(chǎn)要求的提高,安全生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)也在逐步推廣使用。但是目前采取的很多措施,還是片面的、單一的,還屬于“自動(dòng)化”的領(lǐng)域。智能化與自動(dòng)化最大的區(qū)別是:自動(dòng)化只是按照已經(jīng)制訂的程序工作,而智能化除了這一功能,還有一定的“自我”判斷能力。當(dāng)前采用的各種技術(shù)手段主要按照設(shè)定的工藝流程、邏輯節(jié)點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等,對(duì)執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行結(jié)果的輸出。

        2 系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢(shì)

        2.1 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備智能化

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備智能化是指混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)中的單機(jī)或某種設(shè)備自身的智能化,如攪拌主機(jī)、攪拌樓(站)、除塵器、砂石分離等設(shè)備的智能化。利用先進(jìn)的傳感檢測(cè)技術(shù)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)感知,在保證自身功能的前提下,提供便捷、同一的數(shù)據(jù)接口通道,為系統(tǒng)智能化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備智能化主要包括產(chǎn)品的數(shù)字化技術(shù)、故障自檢和自診斷技術(shù)等,具體的有設(shè)備數(shù)字化接口技術(shù)(包括有線和無(wú)線接口)、開(kāi)機(jī)自檢技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)故障診斷技術(shù)、設(shè)備自維護(hù)管理技術(shù)等。利用各種傳感器采集設(shè)備運(yùn)行信息、外部環(huán)境信息,結(jié)合設(shè)備的制造調(diào)試信息和歷史維護(hù)信息,參照已有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(或?qū)<蚁到y(tǒng)),采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計(jì),使設(shè)備具有自學(xué)習(xí)和更新能力,實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期的智能檢測(cè),具有自修訂維修保養(yǎng)計(jì)劃、配件維護(hù)更換提醒等功能。例如攪拌機(jī)襯板磨損檢測(cè)維護(hù)系統(tǒng)、攪拌機(jī)抱軸預(yù)防和自處理系統(tǒng)、除塵器維護(hù)管理系統(tǒng)、空壓機(jī)自我監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等。

        2.2 生產(chǎn)設(shè)備協(xié)同管理

        混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)多設(shè)備協(xié)同工作的系統(tǒng),主要涉及原料輸送設(shè)備、攪拌設(shè)備和混凝土運(yùn)輸設(shè)備之間的配合問(wèn)題。系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題,均會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和效率。依托現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),充分利用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等知識(shí),通過(guò)模擬仿真,運(yùn)用最優(yōu)化理論,計(jì)算系統(tǒng)最適宜的結(jié)果,使系統(tǒng)中各種設(shè)備之間的工作更加協(xié)調(diào),從而達(dá)到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠。生產(chǎn)設(shè)備協(xié)同管理的目的是通過(guò)技術(shù)的手段,盡量減少人為因素的不利影響,使智能化系統(tǒng)下執(zhí)行設(shè)備的工作結(jié)果最優(yōu),實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備、人與人之間的互聯(lián)互通。

        根據(jù)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn),具體有以下幾個(gè)問(wèn)題:

        (1)骨料均衡上料問(wèn)題,目的是解決攪拌設(shè)備和原料輸送的關(guān)系。在混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)中,理論上只要后臺(tái)的骨料輸送能力設(shè)計(jì)得足夠大,就一定不會(huì)影響混凝土的生產(chǎn),但這樣就很有可能會(huì)帶來(lái)能源的浪費(fèi)。通過(guò)分析骨料庫(kù)存、攪拌樓(站)的配比和產(chǎn)量要求,預(yù)測(cè)骨料的用量,合理選擇上料的物料品種,合理的輸送速度,達(dá)到以最小的能耗,滿足混凝土生產(chǎn)所需求的骨料供應(yīng)。

        (2)車(chē)輛和生產(chǎn)智能調(diào)度問(wèn)題,目的是解決攪拌合運(yùn)輸?shù)年P(guān)系。綜合車(chē)輛 GPS 信息、道路路況數(shù)據(jù)、用戶需求情況,攪拌樓(站)生產(chǎn)情況,研究?jī)?yōu)化調(diào)度算法,合理安排生產(chǎn),做到智能調(diào)度,提高生產(chǎn)效率。

        (3)輸送泵和運(yùn)輸車(chē)輛匹配問(wèn)題,目的是解決泵車(chē)和攪拌車(chē)的關(guān)系。采集泵車(chē)的工作狀態(tài)和交通狀況數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)泵車(chē)的實(shí)際輸送效率和攪拌車(chē)的運(yùn)輸時(shí)間,合理安排車(chē)輛數(shù)量和生產(chǎn)時(shí)間,達(dá)到最優(yōu)的配置比例。

        (4)遠(yuǎn)程管理問(wèn)題,目的是解決設(shè)備和人的關(guān)系。遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各機(jī)械設(shè)備所處的環(huán)境,監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可能的極限工作狀態(tài),及時(shí)準(zhǔn)確地根據(jù)各種參數(shù),提前做出不同等級(jí)的報(bào)警,防止事故的發(fā)生。

        2.3 混凝土生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控

        混凝土的質(zhì)量控制是生產(chǎn)系統(tǒng)核心,影響混凝土質(zhì)量的因素很多,如原材料質(zhì)量、配合比、施工工藝等?;炷临|(zhì)量的智能化控制主要是利用海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檢測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)存在風(fēng)險(xiǎn)的混凝土提出預(yù)警,具體包括如下措施:

        (1)原材料質(zhì)量綜合管理系統(tǒng)。建立廣泛的原材料質(zhì)量控制數(shù)據(jù)庫(kù),詳細(xì)記錄膠凝材料的產(chǎn)地、強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性等,砂石骨料的規(guī)格、顆粒級(jí)配、含泥量、砂細(xì)度模數(shù)、雜質(zhì)等,外加劑的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)等;記錄試塊檢測(cè)數(shù)據(jù)和各種原材料之間的關(guān)系。原材料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是質(zhì)量控制的基礎(chǔ)保證。

        (2)配比校核和自動(dòng)生成,以及攪拌過(guò)程中水灰比控制。根據(jù)需求信息、原材料情況,結(jié)合歷史數(shù)據(jù),通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,自動(dòng)生成推薦配合比,或?qū)?shí)驗(yàn)室的配合比進(jìn)行校核。在攪拌過(guò)程中,根據(jù)實(shí)際配料情況,自動(dòng)加減水,保證拌制過(guò)程中的水灰比控制。

        (3)智能溫控。大體積混凝土施工過(guò)程中,由于凝聚材料的水化熱原因會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫,因此需要對(duì)混凝土的澆筑溫度進(jìn)行控制。智能溫控是指根據(jù)環(huán)境溫度、材料溫度、材料比熱、攪拌條件、運(yùn)輸條件等綜合因素,預(yù)計(jì)混凝土的入倉(cāng)溫度,再根據(jù)溫控需求,提供合理的溫控措施,如是否采用骨料預(yù)冷措施,計(jì)算合適的加冰量等,并根據(jù)各種措施判斷混凝土預(yù)冷的效果,提高施工質(zhì)量。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        總之,智能化已經(jīng)成為了當(dāng)前混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。當(dāng)前,各企業(yè)和單位已經(jīng)投入大量人力和財(cái)力展開(kāi)研究,并取得了一定的效果,主要表現(xiàn)在智能控制技術(shù)、故障診斷技術(shù)和智能管理技術(shù)等方面,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度看,還需要從混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的自我行為管理、自我安全防護(hù)、自我效率管理、自我知識(shí)管理、自我覺(jué)察與自我意識(shí)、自我健康管理和智能協(xié)作平臺(tái)等角度加大研究。未來(lái) 20 年,將會(huì)有很多關(guān)鍵性的技術(shù)得到突破。這些技術(shù)無(wú)疑將推動(dòng)混凝土生產(chǎn)設(shè)備,乃至整個(gè)混凝土機(jī)械行業(yè)向著更加智能、更加人性化的方向發(fā)展。

        [1] 劉衛(wèi)國(guó).現(xiàn)代化、信息化、數(shù)字化、智能化及其相互關(guān)系[J].中國(guó)鐵路,2011(01)∶ 83-86.

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        [3] 董富強(qiáng).工程機(jī)械的智能化趨勢(shì)與發(fā)展對(duì)策[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016(01)∶ 227-229.

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        馮新紅(1979—),男,高級(jí)工程師,工程碩士,主要從事混凝土生產(chǎn)設(shè)備、人工砂石設(shè)備控制系統(tǒng)研究。

        [通訊地址]浙江省杭州市學(xué)院路 102 號(hào) 水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所(310012)

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