混凝土生产系统智能化探讨

冯新红，何新初

（1.水利部杭州机械设计研究所，浙江 杭州 310024；2.杭州江河机电装备工程有限公司，浙江 杭州 310012）

混凝土生产系统智能化探讨

冯新红1,2，何新初1,2

（1.水利部杭州机械设计研究所，浙江 杭州 310024；2.杭州江河机电装备工程有限公司，浙江 杭州 310012）

本文从智能化的定义出发分析了混凝土生产系统自动化及智能化的现状，并探讨了混凝土生产系统未来智能化具体的发展方向。

混凝土生产系统；自动化；智能化

0 引言

智能化是当前控制技术中一个非常时髦的话题，在知网中以主题“智能化”搜索，可以查询到十万余条的文献资料。智能化一般定义为：由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。智能一般具有这样一些特点：具有感知能力，具有记忆和思维能力，具有学习能力和自适应能力，具有行为决策能力。具有上述特点的系统则为智能系统或智能化系统。

我国工程机械智能化技术方面的研究始于 20 世纪末，经历了学习国外先进技术、在学习基础上的二次开发、模仿开发和独立研究 4 个阶段，取得了较大的发展和一定的成绩。当前的主要研究内容包括：智能控制技术、故障自诊断系统及远程监控和服务系统、机群协同智能化控制等。混凝土生产系统是工程机械的一部分，本文分析混凝土系统的实际，对其智能化进行探讨。

1 现状

混凝土生产系统主要包括混凝土搅拌楼（站）、原材料输送存储设备、成品混凝土运输系统，以及其他辅助设施。自上世纪 50 年代引入我国以来，在我国得到了迅速发展，在生产能力、可靠性和可操作性等方面都得到了长远的进步。系统的核心部件大部分实现了国产化，系统基本实现了自动化，采用了搅拌楼（站）微机控制系统、后台骨料自动输送系统、粉料安全上料监控系统、车辆 GPS 定位监控系统、车载视频系统等，大大提高了混凝土生产效率，保证了混凝土质量。随着网络技术和移动技术的发展，混凝土企业 ERP 系统、平台数据管理系统、移动 APP 等技术的应用，混凝土生产系统逐渐成为数字化工厂，同时由于环保和安全生产要求的提高，安全生产和环境监控系统也在逐步推广使用。但是目前采取的很多措施，还是片面的、单一的，还属于“自动化”的领域。智能化与自动化最大的区别是：自动化只是按照已经制订的程序工作，而智能化除了这一功能，还有一定的“自我”判断能力。当前采用的各种技术手段主要按照设定的工艺流程、逻辑节点、经验数据等，对执行过程进行结果的输出。

2 系统智能化发展趋势

2.1 生产系统设备智能化

混凝土生产系统设备智能化是指混凝土生产系统中的单机或某种设备自身的智能化，如搅拌主机、搅拌楼（站）、除尘器、砂石分离等设备的智能化。利用先进的传感检测技术和控制系统实现设备数据采集和状态感知，在保证自身功能的前提下，提供便捷、同一的数据接口通道，为系统智能化提供基础数据。

混凝土生产系统设备智能化主要包括产品的数字化技术、故障自检和自诊断技术等，具体的有设备数字化接口技术（包括有线和无线接口）、开机自检技术、设备状态实时监测技术、实时故障诊断技术、设备自维护管理技术等。利用各种传感器采集设备运行信息、外部环境信息，结合设备的制造调试信息和历史维护信息，参照已有的经验数据（或专家系统），采用神经元网络理论设计，使设备具有自学习和更新能力，实现设备全生命周期的智能检测，具有自修订维修保养计划、配件维护更换提醒等功能。例如搅拌机衬板磨损检测维护系统、搅拌机抱轴预防和自处理系统、除尘器维护管理系统、空压机自我监护系统等。

2.2 生产设备协同管理

混凝土生产系统是一个多设备协同工作的系统，主要涉及原料输送设备、搅拌设备和混凝土运输设备之间的配合问题。系统中任何一个环节出问题，均会影响整个系统的可靠性和效率。依托现有物联网技术，充分利用设备现场数据，运用统计学、运筹学等知识，通过模拟仿真，运用最优化理论，计算系统最适宜的结果，使系统中各种设备之间的工作更加协调，从而达到系统的经济合理、运行可靠。生产设备协同管理的目的是通过技术的手段，尽量减少人为因素的不利影响，使智能化系统下执行设备的工作结果最优，实现设备与设备、人与设备、人与人之间的互联互通。

根据混凝土生产系统的特点，具体有以下几个问题：

（1）骨料均衡上料问题，目的是解决搅拌设备和原料输送的关系。在混凝土生产系统中，理论上只要后台的骨料输送能力设计得足够大，就一定不会影响混凝土的生产，但这样就很有可能会带来能源的浪费。通过分析骨料库存、搅拌楼（站）的配比和产量要求，预测骨料的用量，合理选择上料的物料品种，合理的输送速度，达到以最小的能耗，满足混凝土生产所需求的骨料供应。

（2）车辆和生产智能调度问题，目的是解决搅拌合运输的关系。综合车辆 GPS 信息、道路路况数据、用户需求情况，搅拌楼（站）生产情况，研究优化调度算法，合理安排生产，做到智能调度，提高生产效率。

（3）输送泵和运输车辆匹配问题，目的是解决泵车和搅拌车的关系。采集泵车的工作状态和交通状况数据，预测泵车的实际输送效率和搅拌车的运输时间，合理安排车辆数量和生产时间，达到最优的配置比例。

（4）远程管理问题，目的是解决设备和人的关系。远程监控管理系统可以实时监测各机械设备所处的环境，监测设备实时运行状态，发现产品可能的极限工作状态，及时准确地根据各种参数，提前做出不同等级的报警，防止事故的发生。

2.3 混凝土生产质量监控

混凝土的质量控制是生产系统核心，影响混凝土质量的因素很多，如原材料质量、配合比、施工工艺等。混凝土质量的智能化控制主要是利用海量的生产数据、检测数据、实验数据，对混凝土质量进行预测，对存在风险的混凝土提出预警，具体包括如下措施：

（1）原材料质量综合管理系统。建立广泛的原材料质量控制数据库，详细记录胶凝材料的产地、强度、凝结时间、安定性等，砂石骨料的规格、颗粒级配、含泥量、砂细度模数、杂质等，外加剂的性能试验数据等；记录试块检测数据和各种原材料之间的关系。原材料的基础数据库是质量控制的基础保证。

（2）配比校核和自动生成，以及搅拌过程中水灰比控制。根据需求信息、原材料情况，结合历史数据，通过大数据分析，自动生成推荐配合比，或对实验室的配合比进行校核。在搅拌过程中，根据实际配料情况，自动加减水，保证拌制过程中的水灰比控制。

（3）智能温控。大体积混凝土施工过程中，由于凝聚材料的水化热原因会导致混凝土裂缝，因此需要对混凝土的浇筑温度进行控制。智能温控是指根据环境温度、材料温度、材料比热、搅拌条件、运输条件等综合因素，预计混凝土的入仓温度，再根据温控需求，提供合理的温控措施，如是否采用骨料预冷措施，计算合适的加冰量等，并根据各种措施判断混凝土预冷的效果，提高施工质量。

3 结束语

总之，智能化已经成为了当前混凝土生产系统发展的一个主要趋势。当前，各企业和单位已经投入大量人力和财力展开研究，并取得了一定的效果，主要表现在智能控制技术、故障诊断技术和智能管理技术等方面，但从长远发展的角度看，还需要从混凝土生产系统的自我行为管理、自我安全防护、自我效率管理、自我知识管理、自我觉察与自我意识、自我健康管理和智能协作平台等角度加大研究。未来 20 年，将会有很多关键性的技术得到突破。这些技术无疑将推动混凝土生产设备，乃至整个混凝土机械行业向着更加智能、更加人性化的方向发展。

[1] 刘卫国．现代化、信息化、数字化、智能化及其相互关系[J]．中国铁路，2011(01)∶ 83-86．

[2] 吴国祥，李玉河．工程机械智能化与信息化发展概况[J]．工程机械，2013(1)∶ 2-7．

[3] 董富强．工程机械的智能化趋势与发展对策[J]．现代制造技术与装备，2016(01)∶ 227-229．

[4] 陈励华．智能故障诊断技术的应用与研究[D]．西安：西北工业大学，2005．

[5] 黄雪琳，王军．物联网在混凝土施工作业调度管理中的作用[J]．小水电，2016(6)∶ 27-29．

[6] 王伟，邓侃．混凝土机械智能化发展趋势研究[J]．交通世界（建养·机械），2015(04)∶ 21-23．

[7] 吴燕．混凝土的质量控制[J]．青海科技，2010(04)∶100-102．

冯新红（1979—），男，高级工程师，工程硕士，主要从事混凝土生产设备、人工砂石设备控制系统研究。

［通讯地址］浙江省杭州市学院路 102 号 水利部杭州机械设计研究所（310012）