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。

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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）