混凝土生產系統智能化探討

馮新紅，何新初

（1.水利部杭州機械設計研究所，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）

混凝土生產系統智能化探討

馮新紅1,2，何新初1,2

（1.水利部杭州機械設計研究所，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分析了混凝土生產系統自動化及智能化的現狀，并探討了混凝土生產系統未來智能化具體的發展方向。

混凝土生產系統；自動化；智能化

0 引言

智能化是當前控制技術中一個非常時髦的話題，在知網中以主題“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：由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。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，具有學習能力和自適應能力，具有行為決策能力。具有上述特點的系統則為智能系統或智能化系統。

我國工程機械智能化技術方面的研究始于 20 世紀末，經歷了學習國外先進技術、在學習基礎上的二次開發、模仿開發和獨立研究 4 個階段，取得了較大的發展和一定的成績。當前的主要研究內容包括：智能控制技術、故障自診斷系統及遠程監控和服務系統、機群協同智能化控制等。混凝土生產系統是工程機械的一部分，本文分析混凝土系統的實際，對其智能化進行探討。

1 現狀

混凝土生產系統主要包括混凝土攪拌樓（站）、原材料輸送存儲設備、成品混凝土運輸系統，以及其他輔助設施。自上世紀 50 年代引入我國以來，在我國得到了迅速發展，在生產能力、可靠性和可操作性等方面都得到了長遠的進步。系統的核心部件大部分實現了國產化，系統基本實現了自動化，采用了攪拌樓（站）微機控制系統、后臺骨料自動輸送系統、粉料安全上料監控系統、車輛 GPS 定位監控系統、車載視頻系統等，大大提高了混凝土生產效率，保證了混凝土質量。隨著網絡技術和移動技術的發展，混凝土企業 ERP 系統、平臺數據管理系統、移動 APP 等技術的應用，混凝土生產系統逐漸成為數字化工廠，同時由于環保和安全生產要求的提高，安全生產和環境監控系統也在逐步推廣使用。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”的領域。智能化與自動化最大的區別是：自動化只是按照已經制訂的程序工作，而智能化除了這一功能，還有一定的“自我”判斷能力。當前采用的各種技術手段主要按照設定的工藝流程、邏輯節點、經驗數據等，對執行過程進行結果的輸出。

2 系統智能化發展趨勢

2.1 生產系統設備智能化

混凝土生產系統設備智能化是指混凝土生產系統中的單機或某種設備自身的智能化，如攪拌主機、攪拌樓（站）、除塵器、砂石分離等設備的智能化。利用先進的傳感檢測技術和控制系統實現設備數據采集和狀態感知，在保證自身功能的前提下，提供便捷、同一的數據接口通道，為系統智能化提供基礎數據。

混凝土生產系統設備智能化主要包括產品的數字化技術、故障自檢和自診斷技術等，具體的有設備數字化接口技術（包括有線和無線接口）、開機自檢技術、設備狀態實時監測技術、實時故障診斷技術、設備自維護管理技術等。利用各種傳感器采集設備運行信息、外部環境信息，結合設備的制造調試信息和歷史維護信息，參照已有的經驗數據（或專家系統），采用神經元網絡理論設計，使設備具有自學習和更新能力，實現設備全生命周期的智能檢測，具有自修訂維修保養計劃、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、攪拌機抱軸預防和自處理系統、除塵器維護管理系統、空壓機自我監護系統等。

2.2 生產設備協同管理

混凝土生產系統是一個多設備協同工作的系統，主要涉及原料輸送設備、攪拌設備和混凝土運輸設備之間的配合問題。系統中任何一個環節出問題，均會影響整個系統的可靠性和效率。依托現有物聯網技術，充分利用設備現場數據，運用統計學、運籌學等知識，通過模擬仿真，運用最優化理論，計算系統最適宜的結果，使系統中各種設備之間的工作更加協調，從而達到系統的經濟合理、運行可靠。生產設備協同管理的目的是通過技術的手段，盡量減少人為因素的不利影響，使智能化系統下執行設備的工作結果最優，實現設備與設備、人與設備、人與人之間的互聯互通。

根據混凝土生產系統的特點，具體有以下幾個問題：

（1）骨料均衡上料問題，目的是解決攪拌設備和原料輸送的關系。在混凝土生產系統中，理論上只要后臺的骨料輸送能力設計得足夠大，就一定不會影響混凝土的生產，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）的配比和產量要求，預測骨料的用量，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，滿足混凝土生產所需求的骨料供應。

（2）車輛和生產智能調度問題，目的是解決攪拌合運輸的關系。綜合車輛 GPS 信息、道路路況數據、用戶需求情況，攪拌樓（站）生產情況，研究優化調度算法，合理安排生產，做到智能調度，提高生產效率。

（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系。采集泵車的工作狀態和交通狀況數據，預測泵車的實際輸送效率和攪拌車的運輸時間，合理安排車輛數量和生產時間，達到最優的配置比例。

（4）遠程管理問題，目的是解決設備和人的關系。遠程監控管理系統可以實時監測各機械設備所處的環境，監測設備實時運行狀態，發現產品可能的極限工作狀態，及時準確地根據各種參數，提前做出不同等級的報警，防止事故的發生。

2.3 混凝土生產質量監控

混凝土的質量控制是生產系統核心，影響混凝土質量的因素很多，如原材料質量、配合比、施工工藝等。混凝土質量的智能化控制主要是利用海量的生產數據、檢測數據、實驗數據，對混凝土質量進行預測，對存在風險的混凝土提出預警，具體包括如下措施：

（1）原材料質量綜合管理系統。建立廣泛的原材料質量控制數據庫，詳細記錄膠凝材料的產地、強度、凝結時間、安定性等，砂石骨料的規格、顆粒級配、含泥量、砂細度模數、雜質等，外加劑的性能試驗數據等；記錄試塊檢測數據和各種原材料之間的關系。原材料的基礎數據庫是質量控制的基礎保證。

（2）配比校核和自動生成，以及攪拌過程中水灰比控制。根據需求信息、原材料情況，結合歷史數據，通過大數據分析，自動生成推薦配合比，或對實驗室的配合比進行校核。在攪拌過程中，根據實際配料情況，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。智能溫控是指根據環境溫度、材料溫度、材料比熱、攪拌條件、運輸條件等綜合因素，預計混凝土的入倉溫度，再根據溫控需求，提供合理的溫控措施，如是否采用骨料預冷措施，計算合適的加冰量等，并根據各種措施判斷混凝土預冷的效果，提高施工質量。

3 結束語

總之，智能化已經成為了當前混凝土生產系統發展的一個主要趨勢。當前，各企業和單位已經投入大量人力和財力展開研究，并取得了一定的效果，主要表現在智能控制技術、故障診斷技術和智能管理技術等方面，但從長遠發展的角度看，還需要從混凝土生產系統的自我行為管理、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作平臺等角度加大研究。未來 20 年，將會有很多關鍵性的技術得到突破。這些技術無疑將推動混凝土生產設備，乃至整個混凝土機械行業向著更加智能、更加人性化的方向發展。

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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設備、人工砂石設備控制系統研究。

［通訊地址］浙江省杭州市學院路 102 號 水利部杭州機械設計研究所（310012）