“物聯網+關鍵環節”下混凝土企業生產管控的構建

張凡枝

(長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

0 前 言

近些年來，隨著我國經濟和建筑行業的發展，商品混凝土市場總需求量不斷擴大。截至2018年，全國規模以上企業商品混凝土 產量達17.96億m3，同比增長12.41%[1]。但隨著國家相關政策的實施和市場發展的基本規律，混凝土行業面臨著產能過剩、市場飽和及環保力度加大等壓力，同時一系列復雜的問題也隨之顯現出來，其中限制企業發展的一個首要原因是，商品混凝土生產技術含量還不夠高，新技術、新工藝、新材料、新設備的開發運用步伐還不夠快，無序競爭比較嚴重；另一方面，混凝土趨向于專業化、商品化、集約化的同時，相應的生產運營管理無法跟上，導致新技術和新產品的利用率比較低。

在保證質量和創造利潤的雙重壓力下，混凝土企業從質量可控、規范、安全、有序管理的核心出發，將企業中的各部門人員管理、原材料收取以及機械設備監測等關鍵業務數據與物聯網信息技術結合，通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、攝像頭、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，在互聯網云計算運行環境下進行最終的信息交換、資源共享、以及數字化通信，實現物與物、人與人、物與人的互聯互通，包括智能化識別系統、跟蹤定位系統、操作管理與視頻監控系統等[2]。

1 混凝土生產管控關鍵環節

1.1 原材料入場控制

原材料的入場控制是企業內部的質量控制和核心技術管理，包括原材料收取、原材料檢驗、混凝土配合比設計、拌合物性能檢驗以及后續的其他關鍵性能檢驗。混凝土原材料(石、砂、水泥、摻合料、水和外加劑)的質量從根本上決定了混凝土的質量。進場原材料質量具有不穩定性，磅房必須進行初步檢驗，試驗室再進行抽樣檢驗。石子級配較差、粒徑不均勻、針片狀含量過高和壓碎值過高，都不符合規范；水泥的強度和體積安定性是影響混凝土質量的關鍵因素，水泥的強度變化會導致混凝土的強度發生改變，體積安定性差，會導致混凝土出現膨脹性裂縫[3]，提高了質量控制的難度，同一施工部位混凝土采用不同廠家水泥進行配制，容易引起混凝土收縮不均導致質量缺陷；砂的質量主要取決于細度模數和含泥量，砂子細度模數低于1.6或含泥量過大，混凝土會出現干縮裂縫，影響強度、抗凍性、和耐久性等；粉煤灰等摻合料的細度、密度、顆粒形貌、需水量比、活性及燒失量決定了混凝土的和易性和硬化后的密實性、強度等能否達標；拌和用水一般采用飲用水, 若采用非飲用水源應事先或定期檢驗其是否符合規定[4]；減水劑等外加劑的減水率和凈漿流動度不符合規定，同樣會引起混凝土的和易性和強度達不到標準。

實驗室需要合理調整并優化配合比，在保證混凝土達到規定強度、和易性、穩定性的同時降低企業成本。做好這些生產前的技術準備是企業對混凝土質量的首要控制，從源頭上預防和阻止了質量事故的發生。

1.2 生產環節的控制

生產環節將調度、攪拌機操作、質檢等同時聯動，一個步驟出錯，可能導致全部崩盤。調查發現，部分員工的操作效率不夠高，操作不規范，失誤率高，造成了混凝土的質量不穩定，增加了生產管理控制的難度。有必要加強相應崗位員工的綜合素質和質量管理意識，從源頭上進行事前主動控制，提高企業整體競爭力。攪拌樓機械設備眾多，部分機械設備存在年久失修、精度不高、故障率偏高、系統未及時升級、版本落后影響系統運行的情況。如果不定期檢修、及時補救，對系統進行升級，將不利于企業實現精細化管理。另外，傳統的生產手段偏向于手動化，導致數據的真實性、可追溯性及生產效率等無法得到保證,企業有必要采取相應手段實現手動化向智能化的轉型。

1.3 運輸環節的控制

基于交通壓力日趨嚴重和施工工地路況復雜，工程車導致的重大交通事故屢有發生，主要原因在于超載、超速，危害交通安全的同時也給混凝土企業的發展帶來嚴重影響。為此，利用物聯網技術來規范工程車的運輸，避免工程車超載、超速，以保證行車安全，進而加強對混凝土企業工程車的監管力度，最終改變傳統的管理方式[5]。

2 “物聯網+關鍵環節”生產管控系統構建

2.1 原材料入場控制系統

1)磅房自動識別系統：通過無線射頻識別技術(RFID)自動識別入場運輸車輛的車號、原材料類別和型號、廠家等信息，保證物料的可追溯性。

2)自動取樣系統：系統按照提前設定的規則對入場原材料進行隨機抽樣、留樣，具有隨機性，避免了傳統人工取樣出現的漏取、少取等情況。

3)罐裝原材料自動校稱系統：針對罐裝原材料，安裝了自動校準裝置，比傳統的敲擊罐體判斷質量的方式更準確。

4)防打錯系統：粉狀原材料入罐前，在吹灰口刷卡識別，確保內外原材料一致后，系統自動開啟鎖閉裝置，材料入罐[6]。

2.2 生產環節的控制

1)ERP智能管理系統：B/S架構下的ERP利用物聯網、大數據、云平臺在銷售、調度、實驗室、統計、供應、財務、生產、原材料入庫等多方面實現集中管控、互聯互通。

銷售部門在與客戶簽訂合同之后，通過ERP錄入客戶信息和生產合同信息，調度在ERP系統中根據合同信息制定生產任務單，發送到實驗室制定配合比通知單，提交攪拌樓后，攪拌機操作員再根據配合比、方量、等級等信息完成生產任務，再通過ERP系統把發貨單發送給調度，調度聯系司機發貨。依據現場情況,合理安排運輸車輛，根據車輛何時到站控制離站時間, 保證混凝土能夠連續供應。統計部門在本系統中對生產數據進行統計分析，進行資金結算管理、原材料消耗統計、生產月度統計、生產信息統計。磅房同樣與ERP系統連接，對每車進站的材料重量、來源、車數進行數據記錄，做成報表，數據信息直接傳輸到生產、統計系統。財務部門對材料消耗和資金結算在ERP系統中進行統計分析做成報表，總經理通過系統全方面查詢監督。

2)混凝土生產自動化控制系統：混凝土生產自動化控制系統主要包括對生產的控制和對數據的管理兩個方面[7]。生產的控制功能又分為混凝土的監測控制功能和操作控制功能，將這兩者結合起來，提高了系統的靈活性、實操性和穩定性。監測控制通過信號變化反映自動化系統的運行狀態，如果出現異常，及時找到故障發生點，采取緊急措施補救。

操作控制圍繞混凝土生產的六種原料展開，根據不同的控制級別，可以分為全自動系統控制、分系統聯動控制和設備單動三級控制(7)：①全自動控制：接收來自ERP的生產指令，上料、配料、卸料、攪拌和出料等機械化操作可實現全自動控制，操作員只需控制攪拌機啟停按鈕和下料閥的開閉[8]，系統根據輸入的生產量及操作情況智能分析，實時調整每盤用量；監測拌和水和水泥倉溫度，防止溫度過高；觀察電流曲線判斷混凝土攪拌狀態，保證混凝土出料時均勻；通過監控系統監測卸料口混凝土塌落度的合理性，操作員通過系統加水減水劑保證混凝土質量；②分系統聯動控制：操作員使用分系統聯動控制時，各個分系統單獨發揮作用，優勢體現在當某分系統出現故障時，通過計量顯示儀表可以繼續生產；當出現余料堵塞的情況時，通過分系統稱量攪拌達到不停產不浪費的目的；③設備單動三級控制：以實現在特殊狀況下實現生產功能為目的，控制的范圍主要指六種混凝土原材料分系統的電動機、電磁閥、電動閥和泵等各種閥門。

數據管理功能具體可以分為生產計劃輸入、生產任務選擇、生產過程監視、產量報告四個部分[8]。為自動化系統中的生產控制過程提供有效的數據支撐。

3)可視化數字監控系統：數字監控技術主要利用高清360°無死角攝像頭、拾音器等感知設備采集信息，這些設備分布在混凝土企業的各個地點，對混凝土的生產過程、關鍵部位實時動態進行監控和記錄，以及周邊的環境進行監管和分析，借助光纖、微波或 HFC、SDH、幀中繼、DDN、ISDN等寬帶網絡進行數字信號的傳輸，通過視頻、音頻、參數、超限報警和信息管理等形式反映在控制中心的終端平臺，并將所有數據信息儲存在數據庫便于查詢[9]。這種遠程多點的視頻圖像監控與管理可隨時隨地獲取企業員工的工作狀況和混凝土的生產狀態，及時發現生產中出現的各種意外情況，采取適當措施補救；通過對生產畫面的錄制、回放、查找和分析，找出不足之處，提高企業的安全和質量要求，有效實現“人的不安全行為”、“物的不安全狀態”和“環境的不安全因素”的全面監管[10]。

2.3 運輸環節的控制

GPS車輛動態管理系統：利用GPS全球衛星定位系統和GIS地理信息系統構建道路運輸車輛管理控制平臺，對混凝土攪拌車進行超載超速監控。平臺分為監控、業務、報表三大塊，系統及時在車載GPS終端上采集車輛的位置、速度、狀態、時間等動態信息，并在Web GIS地圖上定位車輛，對車輛進行GIS實時跟蹤，系統根據收集到的實時信息判斷當前車輛是否超速，如果超速則會觸發報警裝置并與短信聯動，及時通知相關人員進行應急處理。同樣，系統根據企業采集客戶端實時上報的車輛運載量等信息，判斷當前車輛是否超載，如果超載也會觸發報警裝置并與短信聯動，通知相關人員處理該超載事件。系統的報表板塊支持對超載超速事件的統計分析，可以根據實際需要調取相應的統計報表。獲取不同時間、不同區域、不同車輛的超載超速信息。憑借信息化、透明化的監管手段從源頭上減少了交通事故的發生，極大地提高了交警部門的執法效率和混凝土企業的管理效率[5]。

3 結束語

物聯網等信息技術在混凝土行業的廣泛應用，讓信息技術與建筑行業完美的結合在一起，提升了混凝土行業的信息化發展水平和智慧化應用水平，同時也使信息技術更加大眾化，增加了物聯網的實操性，解決了兩個區域相互分割、缺乏協調的情況。在建筑市場趨近飽和的今天，混凝土企業要想增強自身軟實力和競爭力，跟上5G的大浪潮，充分利用各種信息化手段和物聯網技術是一條有效途徑，本文研究具有一定的現實意義。