無(wú)人攪拌站的現(xiàn)狀和未來(lái)

尹湘雄

（三一重工，湖南長(zhǎng)沙 410000）

1.研究無(wú)人攪拌站的意義

什么是無(wú)人攪拌站？我們今天研究的無(wú)人攪拌站是狹義的無(wú)人攪拌站，即攪拌站的操作打料不需要人來(lái)操控，攪拌站的操作員可以減掉，完全由機(jī)器系統(tǒng)來(lái)操控。人工成本越來(lái)越高，操控?cái)嚢枵镜慕?jīng)驗(yàn)技能需要培訓(xùn)費(fèi)用，為了降低成本，客戶亟需無(wú)人攪拌站。人工技能高低不一，人的倦怠或疏忽大意可能造成工程質(zhì)量問(wèn)題，因此研究無(wú)人攪拌站對(duì)提高工程質(zhì)量，也具有非常重要的意義。

2.參照無(wú)人車給無(wú)人攪拌站分級(jí)

研究和發(fā)展無(wú)人攪拌站技術(shù)需要一個(gè)過(guò)程，為了更好地研究無(wú)人攪拌站技術(shù)。參照無(wú)人車分級(jí)，我們可以給無(wú)人攪拌站分級(jí)如下[1]：

0級(jí)（有人操作）：該級(jí)別完全由人進(jìn)行操作。

1級(jí)（操作員輔助）：該級(jí)別攪拌站有最基本的自動(dòng)生產(chǎn)功能，如自動(dòng)稱量、自動(dòng)投料等系統(tǒng)。大多數(shù)攪拌站都在這個(gè)級(jí)別中。

2級(jí)（部分自動(dòng)化）：該級(jí)別涉及至少兩個(gè)主要功能的自動(dòng)化。例如，自動(dòng)扣秤和自動(dòng)補(bǔ)秤功能，骨料智能卸料功能，自動(dòng)生產(chǎn)有95%在國(guó)標(biāo)誤差范圍之內(nèi)，這些可以將其分為2級(jí)。

3級(jí)（條件自動(dòng)化）：該級(jí)別攪拌站可以在某些條件下進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)，無(wú)須人工干預(yù)，但如果有需要的話，操作手可以接管控制。3級(jí)的自動(dòng)攪拌站需要增加攪拌車自動(dòng)定位停車功能，在不需要調(diào)節(jié)水和沙石含水率，攪拌車的類型是固定的，主機(jī)卸料的參數(shù)只需要跟強(qiáng)度等級(jí)和配方強(qiáng)相關(guān)即可。

4級(jí)（高度自動(dòng)化）：該級(jí)別車輛攪拌站始終處于自己完全控制的狀態(tài)，即使沒(méi)有操作員也能操作。4級(jí)攪拌站被設(shè)計(jì)成可以在配方與調(diào)試成熟后，基本不需要人工干預(yù)，但并不能完成所有的生產(chǎn)場(chǎng)景。這個(gè)級(jí)別的攪拌站需要增加許多安全報(bào)警功能，增加智能加減水、主機(jī)門智能定位、自動(dòng)錄屏、圖像識(shí)別報(bào)警技術(shù)、遠(yuǎn)程操控技術(shù)、天眼系統(tǒng)、遠(yuǎn)程攝像功能、手機(jī)安全操控技術(shù)等。

5級(jí)（完全自動(dòng)化）：該級(jí)別是真正意義上的可以在每個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)景中可以與人類操作相當(dāng)?shù)?，完全自主生產(chǎn)系統(tǒng)。不久的將來(lái)，它甚至可以在極端環(huán)境下自動(dòng)診斷故障，自動(dòng)排故。需要增加在線檢測(cè)混凝土質(zhì)量技術(shù)，可以自動(dòng)調(diào)試配方，剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人化。

3.無(wú)人攪拌站的充分必要條件

（1）智能加減水技術(shù)。一種技術(shù)路線是根據(jù)主機(jī)電流智能加減水，水的多少影響混凝土的塌落度，從而影響泵送的流暢度?；炷恋乃涠扰c主機(jī)電流的大小存在一定的相關(guān)性，可以根據(jù)主機(jī)電流、配方、強(qiáng)度等級(jí)等智能加減水[2]。每一盤料，當(dāng)它投料到主機(jī)攪拌一定時(shí)間后，我們對(duì)主機(jī)電流有一個(gè)期望范圍。如果主機(jī)電流在期望范圍之內(nèi)，就認(rèn)為這盤料達(dá)到了我們期望的塌落度，不需要再手動(dòng)干預(yù)，可以卸料到攪拌車中。如果主機(jī)電流大于這個(gè)范圍，需要增加一定量的水，電流值和需要增加的水量存在一定的關(guān)系。如果主機(jī)電流小于這個(gè)范圍，需要增加一定量的水泥或粉料；電流小于范圍的值與需要增加的水泥量值也是存在一定的范圍。如果出現(xiàn)智能加減水后，主機(jī)電流值仍然不能達(dá)到設(shè)定的范圍，則需要手動(dòng)干預(yù)。還有一種技術(shù)路線是根據(jù)微波傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量骨料的含水率，微波傳感器與控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，為每一種砂倉(cāng)定制一個(gè)數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)當(dāng)盤調(diào)整砂料與水的用量。三一重工已經(jīng)擁有此項(xiàng)技術(shù)，后續(xù)需要降低成本。

（2）安全報(bào)警機(jī)制，其包括手機(jī)短信提醒、手機(jī)App、手機(jī)電話提醒等。攪拌站的安全生產(chǎn)至關(guān)重要，出現(xiàn)超差報(bào)警時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)短信或打電話給相關(guān)人等，提醒其手動(dòng)干預(yù)（可以遠(yuǎn)程）。電腦死機(jī)，有異常報(bào)警時(shí)會(huì)通知相關(guān)人等。例如，在攪拌機(jī)檢修口安裝視頻，通過(guò)Yolo系列模型識(shí)別檢修門與鎖緊螺栓位置狀態(tài)，當(dāng)檢修口未關(guān)閉或者未鎖緊時(shí)告警信號(hào)與下位機(jī)聯(lián)動(dòng)禁止主機(jī)啟動(dòng)，并推送視頻到三現(xiàn)后臺(tái)，保障檢修人員安全。

（3）主機(jī)門智能開(kāi)門。根據(jù)圖像識(shí)別技術(shù)智能開(kāi)關(guān)主機(jī)門，做到不溢料，同時(shí)高效。此項(xiàng)技術(shù)基于人工智能算法，AI視覺(jué)算法智能識(shí)別料位高度，實(shí)時(shí)控制卸料門開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)溢料預(yù)警干預(yù)與防溢料控制。三一重工已經(jīng)擁有此項(xiàng)技術(shù)，后續(xù)需要降低成本。

（4）攪拌車自動(dòng)定位系統(tǒng)，讓司機(jī)一個(gè)人能快速高效地定位。司機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的提示可以準(zhǔn)確無(wú)誤地將攪拌車的接料口停在主機(jī)門的正中央，三一重工已經(jīng)擁有此項(xiàng)技術(shù)。運(yùn)用AI視覺(jué)識(shí)別與定位算法，實(shí)時(shí)分析攝像頭視頻數(shù)據(jù)，定位攪拌車卸料斗坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)車輛對(duì)齊判斷以及溢料狀態(tài)識(shí)別與卸料門反饋控制。通過(guò)走車鈴與三色信號(hào)燈實(shí)時(shí)自動(dòng)提醒司機(jī)倒車狀態(tài)，并通過(guò)車載大屏推送卸料口對(duì)齊影像與訂單信息，司機(jī)輕松掌控卸料動(dòng)態(tài)。原理圖如圖1所示。

圖1 攪拌車自動(dòng)定位系統(tǒng)原理示意圖

（5）自動(dòng)錄屏技術(shù)，圖像識(shí)別報(bào)警技術(shù)。根據(jù)圖像中的配方，圖像中的有料和無(wú)料動(dòng)畫，發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警。待料斗和主機(jī)內(nèi)顯示有料的時(shí)間小于10s，通知相關(guān)人等。生產(chǎn)軟件打開(kāi)時(shí)錄屏軟件自動(dòng)錄屏，軟件關(guān)閉時(shí)錄屏軟件自動(dòng)暫停。自動(dòng)保留2個(gè)月左右的錄像。物料進(jìn)料和卸料動(dòng)畫時(shí)間根據(jù)物料的目標(biāo)值有一定的閾值，如果動(dòng)畫時(shí)間超過(guò)閾值且沒(méi)有相應(yīng)的報(bào)警，軟件報(bào)警通知相關(guān)人等。攪拌倒計(jì)時(shí)和攪拌主機(jī)開(kāi)門倒計(jì)時(shí)如果超過(guò)閾值也會(huì)報(bào)警。三一的智能回溯技術(shù)是此技術(shù)的初代版本，可以做到每一盤的生產(chǎn)視頻回溯，下一步需要與生產(chǎn)流程契合，根據(jù)程序自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)時(shí)間點(diǎn)，報(bào)警提示。

（6）天眼系統(tǒng)。為了保證生產(chǎn)安全可在待料斗上方，皮帶周圍，每個(gè)秤體周圍，主機(jī)里面安裝攝像頭。通過(guò)攝像頭可自動(dòng)查看皮帶運(yùn)行情況，查看主機(jī)內(nèi)運(yùn)行情況，查看秤斗稱量情況，查看骨料配料情況，這些都可以通過(guò)攝像頭檢查，不需要人工檢查。同時(shí)根據(jù)圖像識(shí)別算法，配合生產(chǎn)情況已經(jīng)配方重量，互相校驗(yàn)，避免出現(xiàn)質(zhì)量故障。比如待料斗有料和無(wú)料的判別，攪拌主機(jī)里面是否確實(shí)有料，稱重傳感器的異常都可以通過(guò)圖像識(shí)別算法和生產(chǎn)流程的深度契合來(lái)判斷。

（7）遠(yuǎn)程操控技術(shù)，是通過(guò)光纖不用在控制室操控生產(chǎn)，此技術(shù)已是成熟技術(shù)。

（8）一機(jī)雙控技術(shù)及多控技術(shù)。三一一機(jī)雙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)操作手同時(shí)輕松操控2條生產(chǎn)線，人工成本下降50%，三一還實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)三控技術(shù)。2臺(tái)電腦自由控制3個(gè)攪拌站，自由組合，1min之內(nèi)快捷切換。如圖2所示生產(chǎn)計(jì)算機(jī)1和生產(chǎn)計(jì)算機(jī)2都可以雙控?cái)嚢枵続+B或A+C或B+C，且都可以單控?cái)嚢枵続或B或C。為檢修提供了方便，且可減少1臺(tái)電腦和1個(gè)人力成本。后續(xù)需配合其他無(wú)人技術(shù)，開(kāi)發(fā)多控技術(shù)。

圖2 雙機(jī)三控原理示意圖

（9）手機(jī)安全操控技術(shù)，多屏幕安全操控系統(tǒng)。無(wú)人攪拌站難免偶爾會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，這時(shí)候系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)推送消息給相關(guān)人的手機(jī)上，相關(guān)人可以通過(guò)手機(jī)App或微信小程序進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證后干預(yù)和排除故障。

（10）在線檢測(cè)混凝土質(zhì)量技術(shù)，比如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)塌落度和強(qiáng)度等。能夠及時(shí)檢測(cè)出混凝土的塌落度和強(qiáng)度，只需要幾分鐘甚至幾秒鐘即可得出結(jié)果。

4.無(wú)人攪拌站技術(shù)分級(jí)

根據(jù)前述的分級(jí)可對(duì)上述技術(shù)分級(jí)如表1所示。

表1 無(wú)人攪拌站技術(shù)及其分級(jí)

5.展望

廣義上的無(wú)人攪拌站是指整個(gè)攪拌站無(wú)人化，操作員、維修員、管理人員、實(shí)驗(yàn)人員全部做到無(wú)人化。這需要維修機(jī)器人、ERP、無(wú)人過(guò)磅系統(tǒng)、無(wú)人攪拌車、智能下單系統(tǒng)、自動(dòng)取樣、智能測(cè)試系統(tǒng)以及全工程大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這里簡(jiǎn)單介紹下全工程大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)想。

這套系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，建立包括所有工程的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括但不限于參與該工程的所有重要的人、所有重要的流程節(jié)點(diǎn)、所有相關(guān)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括工程基本信息、設(shè)備的各種重要參數(shù)、重要物資的生產(chǎn)過(guò)程，也包括重要步驟的操作視頻等。

這套系統(tǒng)支持參與工程的相關(guān)各方實(shí)時(shí)參與互動(dòng)，不受時(shí)空的限制，可以互相溝通交流，互相監(jiān)督評(píng)論。

我們可以想象一下：工程施工方可以方便快捷地下單給攪拌站，讓攪拌站生產(chǎn)混凝土，攪拌站生產(chǎn)混凝土的數(shù)據(jù)和視頻可以上傳到網(wǎng)絡(luò)上，供監(jiān)督方和熱心的人監(jiān)督。系統(tǒng)給攪拌車司機(jī)規(guī)劃最佳路徑，混凝土運(yùn)到工地上，施工方根據(jù)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和點(diǎn)評(píng)。攪拌站設(shè)備方和攪拌站擁有方根據(jù)評(píng)價(jià)改進(jìn)自己的工作和產(chǎn)品。整個(gè)施工工程記錄所有的施工方、設(shè)備方、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)施工視頻。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以隨時(shí)提出并立即糾正。事后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也可以方便快捷地找到原因，改進(jìn)產(chǎn)品和工作。