結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工機(jī)械單機(jī)核算研究

郭文奇

（中鐵九局第七工程有限公司，遼寧沈陽(yáng) 100044）

0 引言

機(jī)械設(shè)備支出占企業(yè)施工支出的很大一部分，如何控制機(jī)械設(shè)備成本便成為控制施工成本的一項(xiàng)重要內(nèi)容。單機(jī)核算可以通過(guò)設(shè)備成本與產(chǎn)值的對(duì)比分析，找出利潤(rùn)損失點(diǎn)，為企業(yè)制定機(jī)械施工成本控制措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。但是，采用人工記錄數(shù)據(jù)的單機(jī)核算按月計(jì)算產(chǎn)值，如果涉及多臺(tái)設(shè)備一起施工或者設(shè)備調(diào)度頻繁等復(fù)雜情況，只能統(tǒng)計(jì)多臺(tái)設(shè)備總計(jì)的產(chǎn)值，無(wú)法準(zhǔn)確辨別單臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)值。而物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸與處理，它與施工機(jī)械設(shè)備單機(jī)核算結(jié)合，讓單機(jī)核算更加的信息化、智能化，彌補(bǔ)單機(jī)核算數(shù)據(jù)采集難度大、人為因素影響高、核算周期難以縮短等缺點(diǎn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)可分為3層：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。

感知層相當(dāng)于人體的感知器官，由傳感器、執(zhí)行器與控制器及傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，是聯(lián)系物理世界與虛擬世界的紐帶。傳感器是把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的儀器，下面利用油耗傳感器、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）、角位移傳感器3種傳感器對(duì)施工機(jī)械數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。油耗傳感器需要精確的油箱體積，通過(guò)測(cè)量油面高度，計(jì)算燃油消耗。由于短時(shí)間內(nèi)油面高度變化不大，很難準(zhǔn)確測(cè)量。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確性，本文以每天為計(jì)量周期測(cè)量油耗。GPS定位系統(tǒng)可以通過(guò)定位判定施工機(jī)械的位置和行走狀態(tài)，角位移傳感器可以用來(lái)測(cè)量角位移量和轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。

傳輸層是對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)的進(jìn)行傳輸，包括NFC（Near Field Communication，近場(chǎng)通信）、Wi-Fi（Wireless Fidelity，無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)）等近場(chǎng)通信技術(shù)和GPRS（General Packet Radio Service通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)）等遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)。

應(yīng)用層是在終端把傳輸層傳送過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，并利用終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理的分析。把分析計(jì)算過(guò)程集成到終端軟件中，讓最終結(jié)果和數(shù)據(jù)一目了然。

2 單機(jī)核算

單機(jī)核算是通過(guò)對(duì)比相同周期內(nèi)的單機(jī)產(chǎn)值和單機(jī)成本，確定單機(jī)盈虧的一種核算方法。

2.1 單機(jī)產(chǎn)值核算

人工計(jì)量產(chǎn)值的方法由于人力物力有限，一般每月只對(duì)單機(jī)產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)一次。如果縮短計(jì)量周期會(huì)增加產(chǎn)值的計(jì)量難度，且隨著計(jì)量頻次的增加，受人為因素的影響增大，結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴(lài)于計(jì)量者責(zé)任心。在多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工或者設(shè)備調(diào)動(dòng)頻繁的施工中，人工計(jì)量產(chǎn)值只統(tǒng)計(jì)多臺(tái)設(shè)備周期內(nèi)的總產(chǎn)值，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分周期內(nèi)每臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)值。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以隨時(shí)通過(guò)傳感器分別記錄每臺(tái)設(shè)備的工作狀態(tài)，計(jì)算任意時(shí)間段內(nèi)的產(chǎn)值。施工機(jī)械工作狀態(tài)可分為3種：待機(jī)狀態(tài)、行走狀態(tài)、施工狀態(tài)。只有施工狀態(tài)是產(chǎn)生產(chǎn)值的，只需要記錄施工狀態(tài)就可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)產(chǎn)值。

以挖掘機(jī)為例，通過(guò)安裝在挖掘機(jī)上角位移傳感器記錄的大臂旋轉(zhuǎn)狀態(tài)和GPS定位系統(tǒng)記錄的行走狀態(tài)判斷挖掘機(jī)的3種工作狀態(tài)。挖掘機(jī)位置不移動(dòng)，大臂也不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，判定為待機(jī)狀態(tài)。挖掘機(jī)位置不移動(dòng)，但大臂轉(zhuǎn)動(dòng)但時(shí)，判定為施工狀態(tài)。挖掘機(jī)位置移動(dòng)，但大臂不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，判定為行走狀態(tài)。根據(jù)挖掘機(jī)工作性質(zhì)，不存在一邊轉(zhuǎn)動(dòng)大臂、一邊移動(dòng)位置的狀態(tài)。

計(jì)算挖掘機(jī)施工狀態(tài)工程量時(shí)，計(jì)量周期可以任意選取Ln=Anαn。其中，Ln是計(jì)量周期內(nèi)某種施工的工程量，αn計(jì)量周期內(nèi)是某種施工的大臂轉(zhuǎn)動(dòng)總角位移，An是某種施工單位角位移的工程量。An需要實(shí)驗(yàn)得出，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)某種施工的工程量Ln'和相同時(shí)間內(nèi)的總角位移αn'，單位角位移的工程量計(jì)算公式為則挖掘機(jī)計(jì)量周期內(nèi)的單機(jī)產(chǎn)值計(jì)算公式為 Z=∑Ln×Dn。其中，Z是計(jì)量周期內(nèi)的單機(jī)產(chǎn)值，Dn是某種施工的工程單價(jià)。

此方法在多臺(tái)施工機(jī)械同時(shí)進(jìn)行同種施工時(shí)，對(duì)辨別每臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)值和縮短單機(jī)核算的計(jì)量周期有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.2 單機(jī)成本核算

根據(jù)成本組成不同可把設(shè)備分為租賃設(shè)備和購(gòu)買(mǎi)的自有設(shè)備。設(shè)備成本又可分為固定成本和變動(dòng)成本。

（1）租賃設(shè)備的成本包括燃油動(dòng)力費(fèi)和租賃費(fèi)。其中，變動(dòng)成本為燃油動(dòng)力費(fèi)，固定成本為租賃費(fèi)。

（2）購(gòu)買(mǎi)的自有設(shè)備的變動(dòng)成本包括：燃油動(dòng)力費(fèi)（部分設(shè)備使用的電力費(fèi)、水費(fèi)）、材料費(fèi)（各種附屬油、棉紗等）、配件費(fèi)（自行更換的配件保養(yǎng)件等）、年費(fèi)分?jǐn)偅隀z費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)等）、維修費(fèi)（外廠(chǎng)維修和單位自行維修）、其他直接費(fèi)（二次運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、冬季施工及夜間施工增加費(fèi)等）；固定成本包括：折舊費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)、管理費(fèi)、機(jī)組人工基礎(chǔ)工資及津貼、設(shè)備大修理預(yù)提費(fèi)。

（3）總成本為變動(dòng)成本與固定成本之和，G=Y+Q。其中，G是計(jì)量周期內(nèi)的總成本，Y是計(jì)量周期內(nèi)的變動(dòng)成本，Q是計(jì)量周期內(nèi)的固定成本。

燃油動(dòng)力費(fèi)管理是單機(jī)成本核算中的重點(diǎn)內(nèi)容，不僅管理難度大，而且統(tǒng)計(jì)容易出差錯(cuò)。把燃油動(dòng)力費(fèi)核算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，通過(guò)油耗傳感器采集計(jì)量周期內(nèi)的燃油消耗量，再乘以燃油單價(jià)就可以準(zhǔn)確計(jì)算出計(jì)量周期內(nèi)的燃油動(dòng)力費(fèi)。相比于人工記錄油耗，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以直接把燃油消耗數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)終端，并在終端對(duì)燃油消耗進(jìn)行分析，判斷是否消耗異常。

人工記錄數(shù)據(jù)的油耗分析是通過(guò)記錄單臺(tái)設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)的總?cè)加拖牧砍钥傞_(kāi)機(jī)時(shí)間，得出單位時(shí)間平均油耗量。但是施工機(jī)械有多種不同工作狀態(tài)，油耗也是不同的。一般情況下的油耗順序?yàn)椋菏┕顟B(tài)油耗＞行走狀態(tài)油耗＞待機(jī)狀態(tài)油耗。根據(jù)總工作時(shí)間求得的平均油耗，會(huì)因?yàn)槭┕?nèi)容的不同產(chǎn)生較大的誤差，很難判斷出數(shù)據(jù)是否異常。例如發(fā)現(xiàn)挖掘機(jī)某天油耗異常增高，可能是由于當(dāng)天施工時(shí)間增長(zhǎng)，待機(jī)時(shí)間縮短導(dǎo)致，不能準(zhǔn)確判斷油耗是否異常。

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出處在3種不同工作狀態(tài)的時(shí)間，計(jì)算3種工作狀態(tài)的油耗。因?yàn)橛秃膫鞲衅黛`敏度低，精度不高，3種工作狀態(tài)又反復(fù)交叉。每種狀態(tài)時(shí)間短，直接記錄每種狀態(tài)油耗誤差大，所以不直接計(jì)量某種工作狀態(tài)的油耗，而是通過(guò)計(jì)量工作狀態(tài)的時(shí)間，再根據(jù)每天采集的油耗總量計(jì)算每種工作狀態(tài)的油耗。

連續(xù)測(cè)量n天油耗和時(shí)間數(shù)據(jù)，第n天的待機(jī)狀態(tài)總時(shí)間為tan，行走狀態(tài)總時(shí)間為tbn，施工狀態(tài)總時(shí)間為tcn，油耗量為yn。因?yàn)槭┕C(jī)械在相同工作狀態(tài)時(shí)，燃油消耗速度基本相同，所以可設(shè)待機(jī)狀態(tài)燃油消耗速度為xa，行走狀態(tài)燃油消耗速度為xb，施工狀態(tài)燃油消耗速度為xc。在第n天可得如下方程：

從第1天到第n天，所有yn組成了一個(gè)n個(gè)等式，3個(gè)未知量的超定方程組。

將上述方程組向量化得到數(shù)學(xué)模型：TX=Y。其中，

此方法需要保證前四組數(shù)據(jù)的油耗是正常的，才可以正確擬合回歸方程。每次獲得數(shù)據(jù)可以更新回歸方程，數(shù)據(jù)越多，回歸方程準(zhǔn)確性越高。

上述模型只可檢測(cè)出由于油箱漏油、燃油丟失等原因造成的油耗的突然變化導(dǎo)致的油耗異常。由于設(shè)備老化、燃油質(zhì)量不佳等原因?qū)е碌介L(zhǎng)期性油耗異常，此模型無(wú)法檢測(cè)。

2.3 單機(jī)核算對(duì)機(jī)械施工的動(dòng)態(tài)優(yōu)化作用

單機(jī)核算的主要作用是確定每臺(tái)設(shè)備的盈虧情況。通過(guò)對(duì)比分析盈虧值，找到機(jī)械施工和成本管理的薄弱環(huán)節(jié)，并驗(yàn)證改正措施的有效性，最終達(dá)到減少利潤(rùn)流失，提升管理水平的目的。

某計(jì)量周期內(nèi)單機(jī)核算的盈虧值R可以表達(dá)為R=Z-G。式中三者的計(jì)量周期相同。如果R＞0，則計(jì)量周期內(nèi)是盈利的；如果R＜0，則計(jì)量周期內(nèi)是虧損的；如果R=0，則計(jì)量周期內(nèi)是不虧不盈的。

將核算實(shí)際的盈虧值與目標(biāo)盈虧值比較，如果實(shí)際的盈虧值達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則保持現(xiàn)在有的設(shè)備管理內(nèi)容；如果實(shí)際的盈虧值沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，則可從單機(jī)產(chǎn)值和單機(jī)成本兩方面分析原因并提出改正措施。最后再通過(guò)單機(jī)核算對(duì)改正措施進(jìn)行驗(yàn)證，改正后的實(shí)際盈虧值達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，那么改正措施合理。

從上訴論述可以看出，單機(jī)核算的結(jié)果可以對(duì)機(jī)械施工進(jìn)行一種動(dòng)態(tài)的優(yōu)化。單機(jī)核算的計(jì)量周期越短，機(jī)械施工的動(dòng)態(tài)優(yōu)化頻率就越高，對(duì)優(yōu)機(jī)械施工管理就越有利。人工記錄數(shù)據(jù)的單機(jī)核算由于計(jì)量周期較長(zhǎng)，計(jì)量周期內(nèi)施工種類(lèi)多，很難準(zhǔn)確確定是哪天、哪種施工導(dǎo)致的虧損，無(wú)法正確地提出改正措施，減弱了單機(jī)核算的動(dòng)態(tài)優(yōu)化作用。而結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以把單機(jī)核算的周期縮短到按天計(jì)量而又不失準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與單機(jī)核算結(jié)合，可以提高核算的信息化與智能化，在不增加人力的前提下，縮短核算周期。在計(jì)算多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行同種施工的單機(jī)產(chǎn)值時(shí)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以清晰確認(rèn)每臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)值。在對(duì)燃油消耗成本異常的分析中，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)出設(shè)備處在不同工作狀態(tài)的時(shí)間，通過(guò)最小二乘法計(jì)算出每種狀態(tài)油耗，可以避免由于工作狀態(tài)改變導(dǎo)致的油耗異常。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高單機(jī)核算對(duì)機(jī)械施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化的頻率，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化的作用。