混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)智能化探討

馮新紅，何新初

（1.水利部杭州機械設(shè)計研究所，浙江 杭州 310024；2.杭州江河機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.水利部杭州機械設(shè)計研究所，浙江 杭州 310024；2.杭州江河機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)自動化及智能化的現(xiàn)狀，并探討了混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)未來智能化具體的發(fā)展方向。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)；自動化；智能化

0 引言

智能化是當(dāng)前控制技術(shù)中一個非常時髦的話題，在知網(wǎng)中以主題“智能化”搜索，可以查詢到十萬余條的文獻資料。智能化一般定義為：由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。智能一般具有這樣一些特點：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。具有上述特點的系統(tǒng)則為智能系統(tǒng)或智能化系統(tǒng)。

我國工程機械智能化技術(shù)方面的研究始于 20 世紀(jì)末，經(jīng)歷了學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)、在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的二次開發(fā)、模仿開發(fā)和獨立研究 4 個階段，取得了較大的發(fā)展和一定的成績。當(dāng)前的主要研究內(nèi)容包括：智能控制技術(shù)、故障自診斷系統(tǒng)及遠程監(jiān)控和服務(wù)系統(tǒng)、機群協(xié)同智能化控制等。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)是工程機械的一部分，本文分析混凝土系統(tǒng)的實際，對其智能化進行探討。

1 現(xiàn)狀

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括混凝土攪拌樓（站）、原材料輸送存儲設(shè)備、成品混凝土運輸系統(tǒng)，以及其他輔助設(shè)施。自上世紀(jì) 50 年代引入我國以來，在我國得到了迅速發(fā)展，在生產(chǎn)能力、可靠性和可操作性等方面都得到了長遠的進步。系統(tǒng)的核心部件大部分實現(xiàn)了國產(chǎn)化，系統(tǒng)基本實現(xiàn)了自動化，采用了攪拌樓（站）微機控制系統(tǒng)、后臺骨料自動輸送系統(tǒng)、粉料安全上料監(jiān)控系統(tǒng)、車輛 GPS 定位監(jiān)控系統(tǒng)、車載視頻系統(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)和移動技術(shù)的發(fā)展，混凝土企業(yè) ERP 系統(tǒng)、平臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、移動 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“自動化”的領(lǐng)域。智能化與自動化最大的區(qū)別是：自動化只是按照已經(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、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等，對執(zhí)行過程進行結(jié)果的輸出。

2 系統(tǒng)智能化發(fā)展趨勢

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)中的單機或某種設(shè)備自身的智能化，如攪拌主機、攪拌樓（站）、除塵器、砂石分離等設(shè)備的智能化。利用先進的傳感檢測技術(shù)和控制系統(tǒng)實現(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)（包括有線和無線接口）、開機自檢技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測技術(shù)、實時故障診斷技術(shù)、設(shè)備自維護管理技術(shù)等。利用各種傳感器采集設(shè)備運行信息、外部環(huán)境信息，結(jié)合設(shè)備的制造調(diào)試信息和歷史維護信息，參照已有的經(jīng)驗數(shù)據(jù)（或?qū)＜蚁到y(tǒng)），采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計，使設(shè)備具有自學(xué)習(xí)和更新能力，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期的智能檢測，具有自修訂維修保養(yǎng)計劃、配件維護更換提醒等功能。例如攪拌機襯板磨損檢測維護系統(tǒng)、攪拌機抱軸預(yù)防和自處理系統(tǒng)、除塵器維護管理系統(tǒng)、空壓機自我監(jiān)護系統(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)備和混凝土運輸設(shè)備之間的配合問題。系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)出問題，均會影響整個系統(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)場數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學(xué)、運籌學(xué)等知識，通過模擬仿真，運用最優(yōu)化理論，計算系統(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)，從而達到系統(tǒng)的經(jīng)濟合理、運行可靠。生產(chǎn)設(shè)備協(xié)同管理的目的是通過技術(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，具體有以下幾個問題：

（1）骨料均衡上料問題，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，理論上只要后臺的骨料輸送能力設(shè)計得足夠大，就一定不會影響混凝土的生產(chǎn)，但這樣就很有可能會帶來能源的浪費。通過分析骨料庫存、攪拌樓（站）的配比和產(chǎn)量要求，預(yù)測骨料的用量，合理選擇上料的物料品種，合理的輸送速度，達到以最小的能耗，滿足混凝土生產(chǎn)所需求的骨料供應(yīng)。

（2）車輛和生產(chǎn)智能調(diào)度問題，目的是解決攪拌合運輸?shù)年P(guān)系。綜合車輛 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，研究優(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）輸送泵和運輸車輛匹配問題，目的是解決泵車和攪拌車的關(guān)系。采集泵車的工作狀態(tài)和交通狀況數(shù)據(jù)，預(yù)測泵車的實際輸送效率和攪拌車的運輸時間，合理安排車輛數(shù)量和生產(chǎn)時間，達到最優(yōu)的配置比例。

（4）遠程管理問題，目的是解決設(shè)備和人的關(guān)系。遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)測各機械設(shè)備所處的環(huán)境，監(jiān)測設(shè)備實時運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可能的極限工作狀態(tài)，及時準(zhǔn)確地根據(jù)各種參數(shù)，提前做出不同等級的報警，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)、檢測數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)，對混凝土質(zhì)量進行預(yù)測，對存在風(fēng)險的混凝土提出預(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，詳細記錄膠凝材料的產(chǎn)地、強度、凝結(jié)時間、安定性等，砂石骨料的規(guī)格、顆粒級配、含泥量、砂細度模數(shù)、雜質(zhì)等，外加劑的性能試驗數(shù)據(jù)等；記錄試塊檢測數(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)庫是質(zhì)量控制的基礎(chǔ)保證。

（2）配比校核和自動生成，以及攪拌過程中水灰比控制。根據(jù)需求信息、原材料情況，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，自動生成推薦配合比，或?qū)嶒炇业呐浜媳冗M行校核。在攪拌過程中，根據(jù)實際配料情況，自動加減水，保證拌制過程中的水灰比控制。

（3）智能溫控。大體積混凝土施工過程中，由于凝聚材料的水化熱原因會導(dǎo)致混凝土裂縫，因此需要對混凝土的澆筑溫度進行控制。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、運輸條件等綜合因素，預(yù)計混凝土的入倉溫度，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

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)展的一個主要趨勢。當(dāng)前，各企業(yè)和單位已經(jīng)投入大量人力和財力展開研究，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，但從長遠發(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、自我效率管理、自我知識管理、自我覺察與自我意識、自我健康管理和智能協(xié)作平臺等角度加大研究。未來 20 年，將會有很多關(guān)鍵性的技術(shù)得到突破。這些技術(shù)無疑將推動混凝土生產(chǎn)設(shè)備，乃至整個混凝土機械行業(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 水利部杭州機械設(shè)計研究所（310012）