1、24 建设机械技术与管理 2023.01 0 引 言从 2013 年起，国家相关部委发布了多个两化融合、数字转型相关文件，两化融合、数字化转型的概念从宏观到微观逐渐的落地，多层次的概念关系日益的清晰。2021 年底，工信部、国家发改委等 8 部门印发了“十四五”智能制造发展规划，提出“到 2025 年，规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化，重点行业骨干企业初步应用智能化；到 2035 年，规模以上制造业企业全面普及数字化网络化，重点行业骨干企业基本实现智能化。”2021 年，我国预拌混凝土产量达 32.93 亿立方米，在市场及政策的推动下，行业规模持续扩大，技术水平、管理水平快速提升，产业
2、结构不断完善。但是预拌混凝土行业作为传统制造业，入行门槛低、市场竞争压力大、产业协同要求高和站点散而多，还存在管理方式粗放、生产效率低和环保设施不完善等问题。加快行业转型升级，推进预拌混凝土企业数字化转型、智能化升级，提高新一代信息技术与混凝土生产服务融合发展水平，实现在“双碳”背景下混凝土的智能制造，是行业共同的目标。本文通过智慧化系统的目标、系统架构和主要功能的介绍，对预拌混凝土智慧化生产系统的建设进行思考。1 概 述预拌混凝土智慧化生产系统是指利用智能传感、智能控制、物联网、数据分析和网络通讯等先进技术和智慧化管理理念建立的一套智慧化监控、生产、管理和调度系统。包括企业信息管理（ERP）
3、系统、生产智能管理（MES）系统和控制（SCADA）系统，如图 1 所示。依托以上系统共同实现混凝土生产从计划、原料采购、生产、监控、到事后成本分析管控的全过程智能化管理，以达到减少人工成本、提高混凝土生产效率和质量的目的。该系统需要覆盖混凝土生产企业的所有部门和所有工艺流程。预 拌混 凝 土智慧化生 产系 统 建 设Intelligent Production System of Ready-mix Concrete方毅1 何新初1 冯新红2，3(1.杭州江河机电装备工程有限公司，浙江 杭州 310012；2.水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310008；3.浙江省水利水电装备表面工程
4、技术研究重点实验室，浙江 杭州 310008)摘要：为加快在双碳与绿色环保时代背景下混凝土智能制造的发展，推进预拌混凝土企业数字化转型、智能化升级，本文提出了由企业信息管理（ERP）系统、生产智能管理（MES）系统和控制（SCADA）系统三部分组成的预拌混凝土智慧化生产系统，并介绍了该系统的概述、框架结构和系统功能，为预拌混凝土企业提质升级提供参考。关键词：预拌混凝土；生产系统；智慧化中图分类号：TU64 文献标识码：A混凝土智慧化生产系统ERP系统MES 系统SCADA 系统图 1 预拌混凝土智慧化生产系统组成2 系统架构预拌混凝土智慧化生产系统在系统结构上分为四个层次，即管理层、监视层、控
5、制层和设备层，各层之间通过网络连接，如图 2 所示。混凝土智慧化生产系统由计算机管理软件及控制软件、工业计算机、控制器、数据采集模块、传感器及元器件、外围设备、现场控制设备等组成。管理层主要是使用企业信息管理（ERP）系统和生产智能管理（MES）系统来实现企业数据共享和生产决策；监控层主要是通过显示大屏，集中展示混凝土生产所需所有设备的实时运行状态和运行数据；控制层主要包括各单元的控制器，是整个混凝土生产系统的核心，采集所有设备的现场数据，实现设备自动控制，以及决策下达和数据传输；设备层主要包括现场设备和数据感知设备。3 系统功能混凝土智慧化生产系统的目的是实现混凝土生产过程中全数据流的畅通，
6、实现生产过程中的原料流、任务需求流、车辆设备流的全面智能管理，系统功能可分为企业信息管理DOI:10.13824/ki.cmtm.2023.01.0032023.01建设机械技术与管理 25（ERP）、生产智能管理（MES）和生产控制（SCADA）三个部分，具体功能如图 3 所示。3.1 混凝土生产企业信息管理（ERP）系统混凝土生产 ERP 系统是整个混凝土企业的数据应用平台，ERP 管理系统主要包括计划合同管理、生产经营管理、质量（实验室）管理、原料管理、设备管理（包括设备台账、备件库等）、财务管理（包括结算、成本管理等）和数据查询等功能模块，涵盖混凝土生产企业的全部门，实现企业数据的汇总
7、、分析和存储。目前混凝土生产ERP系统较为成熟，既有实现单站点管理，也有实现多站点集团化管理的 EPR软件，通过 ERP 系统的应用，使企业的管理流程更为顺畅，减少数据的重复录入，避免人工记录数据错误，减少了不必要的纠纷，实现了数据和报表的远程查询，实现了精细化管理，提高了管理效率。3.2 混凝土生产智能管理（MES）系统MES 是制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造业企业车间执行层的生产信息化管理系统。混凝土生产智能管理（MES）系统也就是要把混凝土生产看作是一个车间，进行智能管理。MES 在整个智慧化系统中起到承上启下的作用，对生产计划进行“再计划”，规划所有生产设备“协同”或“同步”
8、动作，同时及时反馈生产实时过程，使用当前的数据对生产过程进行及时调整、更改或干预等处理，实现双向交互。如果说混凝土生产 ERP 系统是为了提高管理效率，那么 MES 系统是为了提高生产效率。（1）生产过程数字化管理模块生产过程数字化也可称为数字孪生技术，通过采集控制层生产控制（SCADA）系统的实时数据，实现生产过程及设备状态实时监测，并通过直观的画面，实时全面地反映生产过程和设备运行，同时具有故障预警和报警监测及记录等功能，可以实现生产过程的查询和回放。（2）生产计划管理与跟踪模块获取ERP 的生产计划，并对生产计划进行管理和跟踪，可根据浇筑计划、发货间隔、运距等制定生产计划，并在生产过程中
9、，跟踪生产计划的执行情况，根据实际情况调整计划，控制发货进度：暂停、恢复或完成生产发货，控制超量发货。（3）生产过程智能调度模块智能调度主要包括两方面的调度，一方面是搅拌站的生产调度，根据生产计划、搅拌站设备状态、原料库存情况等多种因素，自动向搅拌站生产线下发生产任务进行生产，实时监控生产队列情况，实现搅拌站最少的空闲时间，实现最大的设备利用率；另一方面是车辆运输调度，利用 GPS、无线射频等技术，可以了解场内的车辆、路上的车辆以及工地排队的车辆情况，根据浇筑需要，合理调度车辆，做到“料好车到、车到卸料”，减少车辆等待卸料时间，提高车辆和搅拌站的生产效率。（4）原材料管理模块原料管理模块包括库
10、存管理和入库管理。在生产过程图 3 预拌混凝土智慧化生产系统功能示意图图 2 预拌混凝土智慧化生产系统结构框图26 建设机械技术与管理 2023.01 中，要实时监测原料库存情况，根据原料库存和原料需求，制定原料采购计划，避免中间过程中出现断料。入库管理是利用视频 AI 技术、照牌识别技术等，实现无人过磅，车辆自动引导，实现原材料自动上料入库。同时可以根据消耗数据实现误差分析和盘库。（5）实验室管理模块实验室管理模块的主要功能是实现原料质量管理和混凝土质量管理。通过移动端原材料质量检测 APP 或其他检测设备，实现所有原料参数的汇总，并根据原料情况和工地需求，推荐参考配合比。根据视频信号和搅拌
11、的电流情况，监控混凝土搅拌质量。采集所有混凝土试块养护和试验数据，对混凝土质量进行评价，并以此为依据，修订参考配合比。（6）设备维护模块采集设备运行状态管理，包括运行、停机、维修、维护等状态和状态持续的时间，必要时采集设备的电流、振动、温度等运行参数，建立基于运行时间的预防性运维计划，提高设备的可靠性。采用无线射频或二维码技术，实现设备的快速巡检。（7）能耗监测和管理模块实时采集设备的功率、电流等数据，实现耗能数字化实时动态监测，实现搅拌设备的工作电流曲线在线监测，可实现异常能耗的报警，并可根据监测数据分析混凝土单位能耗，分析混凝土生产流程各工艺对单位能耗的影响，实现混凝土绿色生产持续改善。（
12、8）移动 APP根据不同的工作岗位开放特定的 APP，如客户 APP 实现混凝土下单、生产数据查询等功能；搅拌车驾驶员 APP实现调度信息接收、电子签单、维修申报等功能；施工员APP 实现签单、现场情况反馈等功能；原料司机 APP 实现原料申报、过磅数据接收和材料结算等功能，通过覆盖商品混凝土企业各位岗位的个性化 APP，实现客户上下游之间和企业内部员工之间的协同。3.3 混凝土生产控制（SCADA）系统SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。混凝土生产控制 SCADA 系统采用离散控制，根据生产工艺分为多个控制中心。（1）搅拌系统
13、控制根据 MSE 下达的生产指令，控制螺旋机、各类弧门、蝶阀、皮带机和搅拌机等机械设备，实现自动称量配料、卸料、搅拌和出料。实现设备状态信号的实时采集，保障配料精度。数据实时上传，实现与上料系统、车辆调度系统的数据共享和协调。（2）骨料上料控制根据来料情况，实现卸料小车的自动定位，实现骨料自动入库；根据生产消耗引起的生产料仓料位变化，实现骨料自动二次转运。（3）粉料上料控制实时监测粉料库存，根据库存情况，打开上料口，引导车辆完成上料，并同步启停除尘设备。实时检测库存数据，实现料满、料空和堵管等异常报警。（4）污水处理系统控制实现砂石分离设备自动启停，污水处理系统水位自动调节，可实现浓度检测和自
14、动调节，实现压滤设备的远程控制。（5）无人值守磅房通过照排识别、视频 AI 技术、无线射频等技术，实现自动过磅，采集数据与骨料、粉料上料系统实现共享，实现原料自动上料。（6）噪音、粉尘等环境参数监测系统在关键部位设置噪声、粉尘、风速和气温等传感器，监控现场工作环境和排放情况，并将采集信息上传至 MES 系统。（7）视频监视在搅拌站卸料口、混凝土运输车辆进出通道、胶带机、骨料转运处和搅拌机等重要场所或关键工艺节点设置视频监视系统，监控视频传输至数据大屏，可利用视频 AI 技术实现故障检测、人员检测及行为分析、烟火检测等。（8）空压机控制实现空压机缺相、过载和相序保护，实现空压机远程控制，压力数据
15、实时监控。（9）配电监控配电监控系统可连接智能电力监控仪表和带有智能接口的低压电气等，实现对系统各种运行状态和电量参数的实时采集和显示，可完整地掌握配电系统的实时运行状态，及时发现故障并做出相应的决策和处理，同时可以根据配电系统的运行情况进行负荷分析，实现补偿电容的自动投切，提高系统功率因素。4 结 论随着社会的发展，数字化转型、智能化升级是预拌混凝土企业的发展必由之路。通过预拌混凝土智慧化生产系统，实现了混凝土从原料进厂到生产、运输、浇筑和试块管理全过程数据实时监测，数据全程可追溯，以数据为中心，通过建立数学模型，实现订单、生产计划、生产调度、质量控制和财务分析等多个环节的智能化管理，做到智
16、能调度、精准管理和高效运营，这将大幅度提高混凝土生产效率和混凝土质量，减低了生产成本。（下转 34 页）34 建设机械技术与管理 2023.01 间的安全，也需要考虑服务、维修和紧急状况，如机器崩溃或火灾。4 结束语（1）电动化矿用自卸车已经成为大的发展趋势，经过整体的可行性分析，在动力驱动方面，有单机驱动、多电机驱动的可行方案，而采用单机驱动可以利用现有的机械传动，改进更为简单、成本更低，动力驱动是确实可行的。（2）作为纯电动的矿用自卸车，目前市场上锂离子电池是满足设计要求的，选用磷酸铁锂电池成本低、安全性能优越。LFMP 电池是对 LFP 的改进，比 LFP 成本更低、能源利用率更高，在电动矿用自卸车产品迭代中可更换LFMP。电池管理技术为电池的充放电和电池的耐用性提供了技术支持。（3）除目前市场上应用较多的锂离子电池，也可使用其他新能源代替纯电池来给电动矿用自卸车提供动力，比如氢气燃料电池、应用于火车等的推车系统、氢气内燃机等，利用氢气内燃机这些新技术替换纯电池，这是切实可行的一条新能源道路。（4）电动矿用自卸车的动力源、动力驱动、未来技术升级都是切实可行的。并且随着新技术的出现
