張圓，蔣震

（中建西部建設湖南有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引言

目前，智慧試驗室仍未有明確統(tǒng)一的概念，但眾多智慧試驗室項目的研究者和開發(fā)者從不同的應用場景提出了各自的設計思路和建設核心。在眾多應用對象中，對高校智慧試驗室建設的研究較為廣泛，其中大部分研究者認為智慧試驗室是以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心，借助最新的信息技術實現(xiàn)試驗室的智能化、安全化、可視化管理，資源的互聯(lián)與信息共享，人員的互動協(xié)作等全面的智能感知實驗環(huán)境和綜合信息服務平臺[1-3]。對于混凝土企業(yè)，智慧試驗室是基于大數(shù)據(jù)構架，對生產(chǎn)、試驗、技術質(zhì)量及設備、環(huán)境等數(shù)據(jù)進行采集、計算、存儲、加工、統(tǒng)一標準，形成標準數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)層，可以為企業(yè)、技術中心和各廠站中各個角色提供高效的數(shù)據(jù)服務。實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的時效性、可靠性和穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)精細化質(zhì)量管理。

1 混凝土試驗室現(xiàn)狀分析

目前，商品混凝土生產(chǎn)及質(zhì)量控制的各環(huán)節(jié)均有相應的技術規(guī)范，企業(yè)往往也有相應的技術規(guī)程和標準化手冊，如果能夠嚴格的按照規(guī)范和標準化手冊實施，將有效地監(jiān)管混凝土生產(chǎn)過程，混凝土質(zhì)量也將得到有效的控制。但是，在實際生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，混凝土預拌廠在原材料進廠、材料檢測、攪拌樓生產(chǎn)、后期質(zhì)量檢測等方面依然存在很大程度的粗放式管理，表面上看是預拌廠試驗室技術人員配置與管理制度問題，但本質(zhì)上是試驗室系統(tǒng)問題。現(xiàn)存的試驗室系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)的人員檢測、記錄、統(tǒng)計、分析等組成的人工系統(tǒng)，試驗室人員的工作效能和專業(yè)素質(zhì)決定了該系統(tǒng)搜集與反饋的信息。信息的獲取和反饋太依靠于人的特質(zhì)，導致信息本身誤差大、準確性差、數(shù)據(jù)關聯(lián)度差、滯后性、統(tǒng)計復雜、可追溯性差等問題。同時，繁雜的數(shù)據(jù)記錄、匯總及上報等重復性工作耗費了大量的人力資源，不但準確性差，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)造假等現(xiàn)象，為混凝土產(chǎn)品質(zhì)量和工程結(jié)構安全帶來了巨大的隱患。

2 混凝土智慧試驗室的核心

對于混凝土生產(chǎn)企業(yè)而言，智慧試驗室的開發(fā)者需要從試驗室的視角出發(fā)，去消化系統(tǒng)使用者即質(zhì)量管理者和試驗室技術人員的內(nèi)在需求，剖析試驗室管理工作面臨的根本性矛盾，探尋試驗室技術管理在未來可能存在的新模式。只有從這三點出發(fā)才能從根本上設計出符合混凝土行業(yè)規(guī)律的智慧試驗室管理系統(tǒng)。

混凝土企業(yè)生產(chǎn)過程中質(zhì)量檢測是試驗室最主要的工作[4,5]，包括各種原材料進場檢測、新拌混凝土工作性能檢測、力學試驗等，該項工作因其耗時、工作強度大、項目繁雜而需要大量的檢測人員，多數(shù)企業(yè)會盡力壓縮試驗室人員配置以降低人力成本，但這必然造成檢測工作負荷過大。同時企業(yè)又會以質(zhì)量檢測指標的合格率考核試驗室人員，檢測數(shù)據(jù)由試驗室人員輸出，其輸出的數(shù)據(jù)又會被用于自身的考核，因此這是一種“既是運動員又是裁判”式的考核，而且這是混凝土試驗室這類第一方試驗室[5]所固有的特性，在這種特性和繁重的工作強度下，試驗室檢測數(shù)據(jù)及質(zhì)量管理數(shù)據(jù)失真（客觀）和造假（主觀）幾乎變得不可避免。這一切都是因為“人”的元素造成的。如果實現(xiàn)質(zhì)量控制點的自動化檢測或自動化監(jiān)控，將“人”從這套矛盾的體系中解放出來，將信息的獲取、統(tǒng)計和分析由軟硬件替代，確保了數(shù)據(jù)的準確性、及時性和可追溯性，則可以系統(tǒng)性地解決數(shù)據(jù)來源的問題。因此試驗室數(shù)據(jù)獲取的自動化是智慧試驗室設計的核心與起點，如果不先解決數(shù)據(jù)的自動化采集問題，數(shù)據(jù)的集成、數(shù)據(jù)庫的建立、可視化以及大數(shù)據(jù)分析等均會失去自身的意義，僅僅成為滿足展示性需要的工具，反而加大了一線人員的工作量。

3 混凝土智慧試驗室方案設計

3.1 設計思路

調(diào)研目前混凝土行業(yè)實際檢測水平、自動化水平的基礎上，設立初步智慧試驗室技術方案（如圖 1 和圖 2所示）。智慧試驗室采用模塊化設計，主要包含原材料自動采樣模塊、試驗室操作模塊、攪拌樓生產(chǎn)取樣模塊以及數(shù)據(jù)存儲分析模塊。結(jié)合現(xiàn)狀，該方案實現(xiàn)的核心在于試驗數(shù)據(jù)的自動獲取，這也是方案實現(xiàn)中最困難的部分，因此在智慧試驗室方案設計中，第三方科技（軟件）公司往往會有意識地繞過這一核心，只在現(xiàn)有的基礎上對數(shù)據(jù)進行集合，然后進行簡單的可視化開發(fā)，如此，智慧試驗室管理系統(tǒng)將會淪為展示性工具，無法有效發(fā)揮其目標功能。

圖1 混凝土智慧試驗室主要模塊組成

圖2 智慧試驗室信息匯總流程圖

3.2 自動化檢測實現(xiàn)方法實例

以原材料的檢測為例，目前大部分試驗都是手工完成，亦無數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)的準確性完全取決于規(guī)范執(zhí)行的程度。例如試驗室檢測膠凝材料粉體的密度，目前仍使用最原始的李氏瓶，如圖3所示，整個過程對操作技能和環(huán)境的要求較高，筆者在參與智慧試驗室項目中對此類試驗進行自動化優(yōu)化設計，如圖 4 所示。

圖3 李氏瓶

圖4 一種粉體密度自動測量裝置示意圖

該粉體密度自動測量裝置主要由連通器、溫度感應器、電子秤、標準體積塊和實驗平板組成，利用流體靜力平衡原理和已知液體的密度可直接計算得到所測粉體的密度，克服了試驗室常用的李氏瓶測量法溫度條件嚴苛、操作復雜且人為讀數(shù)造成的誤差，所得數(shù)據(jù)通過接口可直接上傳至管理系統(tǒng)。

4 小結(jié)

試驗室數(shù)據(jù)獲取的自動化是智慧試驗室設計的核心與起點。粉體密度自動測量裝置的開發(fā)實例說明目前傳統(tǒng)的人力檢測手段可以通過開發(fā)新的儀器或方法實現(xiàn)自動化采集。新檢測技術的開發(fā)應該首先納入到智慧試驗室的開發(fā)過程中，并予以充分的經(jīng)費和人才支持。當試驗室檢測全面實現(xiàn)自動化時，智慧試驗室的“智慧之旅”才能真正啟航。