智能混凝土工廠的發(fā)展與研究

王旭輝

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

預(yù)拌混凝土在建筑行業(yè)、工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展過程中起著重要的應(yīng)用。隨著建筑量及基建量的不斷增加，對(duì)預(yù)拌混凝土的需求量也在不斷提升?；炷列袠I(yè)持續(xù)高速增長(zhǎng)，要想更好地實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，就必須對(duì)預(yù)拌混凝土的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化管控、現(xiàn)代化管理，才能夠有效地促進(jìn)預(yù)拌混凝土行業(yè)綠色發(fā)展，大力發(fā)展與研究智能混凝土工廠也勢(shì)在必行。

1 目前混凝土行業(yè)存在的問題

（1）混凝土生產(chǎn)、制造運(yùn)輸?shù)母鞴ば蜿P(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

混凝土施工產(chǎn)業(yè)鏈普遍存在工地和攪拌站溝通效率低、成本高；工地不清楚訂單的車輛狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)；生產(chǎn)調(diào)度隨性、車輛利用率低，不是工地長(zhǎng)時(shí)間壓車、浪費(fèi)嚴(yán)重，就是工地滿意率低；混凝土坍落度變化大、質(zhì)量波動(dòng)大等難點(diǎn)和痛點(diǎn)。各工序、人員、設(shè)備互不關(guān)聯(lián)，造成效率低下，人員、材料、設(shè)備浪費(fèi)。

（2）原材料質(zhì)量不穩(wěn)定。

以機(jī)制骨料為例，目前市場(chǎng)砂石裝備產(chǎn)品智能化程度不高，過程管控不嚴(yán)格，部分毛料質(zhì)量不過關(guān)，原材料質(zhì)量受人員、設(shè)備、天氣等因素影響不穩(wěn)定較多。濕法制砂中，造成級(jí)配不足、水資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)；干法制砂中，對(duì)于含粉不可控，質(zhì)量不穩(wěn)定。在存儲(chǔ)運(yùn)輸過程含水率、含粉量變更大，對(duì)后續(xù)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定造成影響。尤其是生產(chǎn)高性能或高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，穩(wěn)定、高品質(zhì)的原材料質(zhì)量更是尤為重要。

（3）混凝土實(shí)驗(yàn)室人員水平層次不齊，導(dǎo)致檢測(cè)不穩(wěn)定。

目前混凝土原材料質(zhì)量入庫(kù)前檢查完全靠實(shí)驗(yàn)室人員人工檢測(cè)與復(fù)測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目多，時(shí)間周期長(zhǎng)，且取料點(diǎn)、溫度、濕度對(duì)結(jié)果影響也較大。部分人員專業(yè)能力不足，對(duì)原材料質(zhì)量評(píng)定不專業(yè)，造成后期混凝土質(zhì)量不可靠。

（4）混凝土裝備技術(shù)含量不高，信息化水平不高。

混凝土全產(chǎn)業(yè)鏈涉及砂石骨料裝備、混凝土攪拌站、混凝土輸送車、泵車、混凝土噴射臺(tái)車等。部分裝備還僅是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)功能，在節(jié)能高效、綠色環(huán)保、自動(dòng)控制方面還不足，尤其是涉及建材行業(yè)的中小型砂石骨料裝備細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不足，針片狀、模數(shù)不達(dá)標(biāo)，含粉量高、效能低下、產(chǎn)能隨機(jī)作業(yè)。部分泵送產(chǎn)品不能根據(jù)混凝土實(shí)時(shí)坍落度調(diào)整泵送連續(xù)性，造成堵管等?；炷凛斔蛙囄磁鋫浞Q重或數(shù)字雷達(dá)系統(tǒng)、未實(shí)時(shí)響應(yīng)調(diào)度等，造成誤送、延誤、浪費(fèi)。

（5）混凝土生產(chǎn)污染嚴(yán)重，綠色環(huán)保性不高。

目前在混凝土攪拌站中主要靠全封裝或半封裝，除塵方式仍采用傳統(tǒng)的機(jī)械式較多，主動(dòng)除塵效果不佳，且不易清理?；静辉O(shè)置車輛除泥、防尾氣、防道路二次污染。在骨料加工工廠對(duì)粉塵處理、污水處理還未有經(jīng)濟(jì)實(shí)效的方案，對(duì)于回收后的污染物也未有合適的處理及再生方案。

2 智能混凝土工廠的研究

2.1 基于5G的高端制造裝備體系

2.1.1 原材料裝備（砂石骨料）

基于混凝土質(zhì)量的主要涉及含泥、含粉、針片狀、細(xì)度模數(shù)、硬度等主要指標(biāo)，配置自動(dòng)效能調(diào)節(jié)、含泥含粉智能測(cè)定、基本故障自排除、模數(shù)自匹配，均在自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中加以實(shí)測(cè)與控制，通過自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)整與混凝土攪拌工藝實(shí)時(shí)配合，以達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定可控。同時(shí)在混凝土生產(chǎn)過程中根據(jù)溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整。與混凝土攪拌站建立協(xié)同。

2.1.2 混凝土攪拌裝備

配置溫度、濕度、坍落度智能測(cè)定，以綠色環(huán)保智能提升為目標(biāo)，（1）基于SolidWorks軟件和ANSYS有限元分析軟件，對(duì)混凝土攪拌站系列產(chǎn)品大規(guī)模幾何建模技術(shù)進(jìn)行研究，搭建了攪拌站數(shù)字化和模塊化快速集成設(shè)計(jì)制造的技術(shù)平臺(tái)。（2）智能稱量，以自適應(yīng)計(jì)量為主，小方量、變方量也能適時(shí)滿足計(jì)量精度要求。（3）高效攪拌，根據(jù)不同混凝土坍落度、塑硬性要求，變頻調(diào)整攪拌速度、卸料流量與時(shí)序。（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土當(dāng)盤狀態(tài)，實(shí)時(shí)形成可視數(shù)據(jù)。與所有上下游人、機(jī)、物建立協(xié)同。

2.1.3 混凝土輸送裝備

在運(yùn)輸過程中建立運(yùn)輸控制模型，基于VBA的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，根據(jù)出機(jī)混凝土的實(shí)時(shí)信息（配比、坍落度、溫度等）及運(yùn)輸信息（方量、輸送距離、路況信息等）計(jì)算防離析度并建立勻質(zhì)性模型。與混凝土攪拌站建立協(xié)同。

2.1.4 混凝土泵送裝備

在泵送過程中建立泵送控制模型，將臂架智能規(guī)劃技術(shù)融入當(dāng)今先進(jìn)的技術(shù)，包括圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)、軌跡規(guī)劃、未端定位及其他復(fù)雜控制技術(shù),根據(jù)混凝土狀態(tài)（運(yùn)輸目的地后實(shí)時(shí)信息，坍落度、溫度等）、泵送裝備的壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線、電流等建立泵送連續(xù)性模型。與混凝土攪拌站、混凝土輸送裝備建立協(xié)同（見圖1）。

2.1.5 綠色環(huán)保裝備

圖1 混凝土泵送控制模型

圖2 太陽(yáng)能污水處理系統(tǒng)

解決混凝土全過程的“三廢一噪”，從全局出發(fā)綜合治理，配置車輛、設(shè)備自感應(yīng)清洗、自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)局部設(shè)備、整體場(chǎng)地含粉量及噪音智能調(diào)定，自動(dòng)污水回用與深加工，做到全回用、零排放與安全排放。建立空間與溫度模型，利用再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等助力污水處理，同時(shí)保證環(huán)境工況恒定。與所有裝備建立協(xié)同（見圖2）。

基于5G網(wǎng)絡(luò)打造的遠(yuǎn)程遙控智能鏟裝載機(jī)，其操控距離可達(dá)到2000km。在遠(yuǎn)距離操縱、無人駕駛、能按照指令自主施工等設(shè)備的研制，以及在產(chǎn)品智能化、工業(yè)技術(shù)智能化等方面，智能混凝土工廠建立在高端制造裝備體系之上。

2.2 重構(gòu)的工業(yè)生產(chǎn)流程

由多人作業(yè)變?yōu)樯偃嘶驘o人作業(yè)；由人工或電話處理訂單計(jì)劃變?yōu)樵诰€下單、在線支付、在線對(duì)賬；客戶或施工現(xiàn)場(chǎng)可視化了解生產(chǎn)進(jìn)度、配料物料進(jìn)度；所有生產(chǎn)裝備自動(dòng)智能，實(shí)時(shí)混凝土質(zhì)量提醒及處理、設(shè)備故障提醒及處理、配比自應(yīng)應(yīng)調(diào)整等。建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)，由人工控制生產(chǎn)流程，轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)智能工業(yè)生產(chǎn)流程。

2.3 基于萬物互聯(lián)的信息化

5G時(shí)代是移動(dòng)智能化和數(shù)據(jù)高速處理的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)化解決方案是未來工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。基于5G技術(shù)建立萬物互聯(lián)，建立統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)可視化、實(shí)時(shí)化管理。同時(shí)，實(shí)時(shí)掌握混凝土設(shè)備的工作狀態(tài)，以及各類故障信息，更加智能化、無人化（見圖3）。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

智能混凝土工廠采用先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)與ERP管理系統(tǒng)、IOT系統(tǒng)，做到了互聯(lián)互通，混凝土生產(chǎn)與實(shí)際業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，逐步采用先進(jìn)的射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等，支持手機(jī)APP、云服務(wù)、云計(jì)算功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化、智能化是發(fā)展的必須趨勢(shì)?；?G的高速發(fā)展，混凝土行業(yè)結(jié)合混凝土制造業(yè)全流程的特點(diǎn)，在產(chǎn)品的全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息深度自感知（全面?zhèn)鞲校?、智慧?yōu)化自決策（優(yōu)化決策）、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行（安全執(zhí)行），才是真正的智能型混凝土工廠。