混凝土企業(yè)智慧試驗(yàn)室的建設(shè)核心

張圓，蔣震

（中建西部建設(shè)湖南有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引言

目前，智慧試驗(yàn)室仍未有明確統(tǒng)一的概念，但眾多智慧試驗(yàn)室項(xiàng)目的研究者和開發(fā)者從不同的應(yīng)用場景提出了各自的設(shè)計(jì)思路和建設(shè)核心。在眾多應(yīng)用對(duì)象中，對(duì)高校智慧試驗(yàn)室建設(shè)的研究較為廣泛，其中大部分研究者認(rèn)為智慧試驗(yàn)室是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，借助最新的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)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(dòng)協(xié)作等全面的智能感知實(shí)驗(yàn)環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)[1-3]。對(duì)于混凝土企業(yè)，智慧試驗(yàn)室是基于大數(shù)據(jù)構(gòu)架，對(duì)生產(chǎn)、試驗(yàn)、技術(shù)質(zhì)量及設(shè)備、環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、計(jì)算、存儲(chǔ)、加工、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)層，可以為企業(yè)、技術(shù)中心和各廠站中各個(gè)角色提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的時(shí)效性、可靠性和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化質(zhì)量管理。

1 混凝土試驗(yàn)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(yīng)的技術(shù)規(guī)范，企業(yè)往往也有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)化手冊(cè)，如果能夠嚴(yán)格的按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化手冊(cè)實(shí)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(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，混凝土預(yù)拌廠在原材料進(jìn)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(yù)拌廠試驗(yàn)室技術(shù)人員配置與管理制度問題，但本質(zhì)上是試驗(yàn)室系統(tǒng)問題?，F(xiàn)存的試驗(yàn)室系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)的人員檢測、記錄、統(tǒng)計(jì)、分析等組成的人工系統(tǒng)，試驗(yàn)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(dǎo)致信息本身誤差大、準(zhǔn)確性差、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度差、滯后性、統(tǒng)計(jì)復(fù)雜、可追溯性差等問題。同時(shí)，繁雜的數(shù)據(jù)記錄、匯總及上報(bào)等重復(fù)性工作耗費(fèi)了大量的人力資源，不但準(zhǔn)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(gòu)安全帶來了巨大的隱患。

2 混凝土智慧試驗(yàn)室的核心

對(duì)于混凝土生產(chǎn)企業(yè)而言，智慧試驗(yàn)室的開發(fā)者需要從試驗(yàn)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(yàn)室技術(shù)人員的內(nèi)在需求，剖析試驗(yàn)室管理工作面臨的根本性矛盾，探尋試驗(yàn)室技術(shù)管理在未來可能存在的新模式。只有從這三點(diǎn)出發(fā)才能從根本上設(shè)計(jì)出符合混凝土行業(yè)規(guī)律的智慧試驗(yàn)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(yàn)室最主要的工作[4,5]，包括各種原材料進(jìn)場檢測、新拌混凝土工作性能檢測、力學(xué)試驗(yàn)等，該項(xiàng)工作因其耗時(shí)、工作強(qiáng)度大、項(xiàng)目繁雜而需要大量的檢測人員，多數(shù)企業(yè)會(huì)盡力壓縮試驗(yàn)室人員配置以降低人力成本，但這必然造成檢測工作負(fù)荷過大。同時(shí)企業(yè)又會(huì)以質(zhì)量檢測指標(biāo)的合格率考核試驗(yàn)室人員，檢測數(shù)據(jù)由試驗(yàn)室人員輸出，其輸出的數(shù)據(jù)又會(huì)被用于自身的考核，因此這是一種“既是運(yùn)動(dòng)員又是裁判”式的考核，而且這是混凝土試驗(yàn)室這類第一方試驗(yàn)室[5]所固有的特性，在這種特性和繁重的工作強(qiáng)度下，試驗(yàn)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?yàn)椤叭恕钡脑卦斐傻?。如果?shí)現(xiàn)質(zhì)量控制點(diǎn)的自動(dòng)化檢測或自動(dòng)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(jì)和分析由軟硬件替代，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)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(yàn)室數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化是智慧試驗(yàn)室設(shè)計(jì)的核心與起點(diǎn)，如果不先解決數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(huì)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(yàn)室方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

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

圖1 混凝土智慧試驗(yàn)室主要模塊組成

圖2 智慧試驗(yàn)室信息匯總流程圖

3.2 自動(dòng)化檢測實(shí)現(xiàn)方法實(shí)例

以原材料的檢測為例，目前大部分試驗(yàn)都是手工完成，亦無數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性完全取決于規(guī)范執(zhí)行的程度。例如試驗(yàn)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(gè)過程對(duì)操作技能和環(huán)境的要求較高，筆者在參與智慧試驗(yàn)室項(xiàng)目中對(duì)此類試驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖 4 所示。

圖3 李氏瓶

圖4 一種粉體密度自動(dòng)測量裝置示意圖

該粉體密度自動(dòng)測量裝置主要由連通器、溫度感應(yīng)器、電子秤、標(biāo)準(zhǔn)體積塊和實(shí)驗(yàn)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(jì)算得到所測粉體的密度，克服了試驗(yàn)室常用的李氏瓶測量法溫度條件嚴(yán)苛、操作復(fù)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(yàn)室數(shù)據(jù)獲取的自動(dòng)化是智慧試驗(yàn)室設(shè)計(jì)的核心與起點(diǎn)。粉體密度自動(dòng)測量裝置的開發(fā)實(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集。新檢測技術(shù)的開發(fā)應(yīng)該首先納入到智慧試驗(yàn)室的開發(fā)過程中，并予以充分的經(jīng)費(fèi)和人才支持。當(dāng)試驗(yàn)室檢測全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)，智慧試驗(yàn)室的“智慧之旅”才能真正啟航。