熊勇　陳嘉奇　張加

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的混凝土智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是將混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)作業(yè)信息采集傳送到調(diào)度中心的綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)集成了大量的傳感器形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，并采NRFID射頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，方便管理人員實(shí)時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)情況，并分別發(fā)出指令，統(tǒng)一調(diào)度管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；混凝土；RFID射頻；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TU528.06 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0093—04

0引言

目前國(guó)內(nèi)建筑工程自動(dòng)化生產(chǎn)混凝土已經(jīng)初具規(guī)模，智能化系統(tǒng)發(fā)達(dá)，僅僅需要將混凝土按比例分配進(jìn)行設(shè)定，機(jī)器就可以自動(dòng)化的進(jìn)入工作狀態(tài)。在國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土管道生產(chǎn)行業(yè)中，我國(guó)的寧夏青龍管業(yè)股份有限公司對(duì)混凝土采用了帶有濕度檢測(cè)控制系統(tǒng)的離軸行星式混凝土攪拌，其可以根據(jù)內(nèi)部的濕度測(cè)量微波傳感器Hydro-Mix對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部控制，保證濕度以及水量的平衡，從而實(shí)現(xiàn)精確控制混凝土的水灰比的目的，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)階段，有眾多企業(yè)已經(jīng)具備了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集分析能力。比如，華能瀾滄江水電股份有限公司的黃登·大華橋水電站現(xiàn)如今已經(jīng)投入到了生產(chǎn)當(dāng)中，這項(xiàng)工程在初期的時(shí)候所使用的施工工藝已經(jīng)初具規(guī)模，具備了較為科學(xué)的檢測(cè)結(jié)果，嚴(yán)格計(jì)算其配比過(guò)程，不斷對(duì)施工配料單進(jìn)行自動(dòng)化計(jì)算，結(jié)合理論配比，進(jìn)行施工配料單的自動(dòng)計(jì)算。如今，國(guó)內(nèi)的混凝土運(yùn)輸工程所選取運(yùn)輸混凝土工具的大都是土罐車以及自卸車，所以大型建設(shè)施工的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)車內(nèi)安裝監(jiān)視設(shè)備，以保證對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

國(guó)內(nèi)大型建筑工程項(xiàng)目在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)混凝土自動(dòng)化生產(chǎn)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與分析、運(yùn)輸車輛定位和跟蹤，但在成品管理、運(yùn)輸和施工方面仍停留在相對(duì)松散的狀態(tài)，各個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)基本上還是采用人工管理模式來(lái)進(jìn)行，尚未做到對(duì)混凝土的統(tǒng)一調(diào)度管理。若將混凝土生產(chǎn)和運(yùn)輸通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動(dòng)通訊系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)等，按照約定的通信協(xié)議，讓運(yùn)輸與生產(chǎn)之間產(chǎn)生聯(lián)系，對(duì)數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)用，保證其通訊的穩(wěn)定性，并且對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)問(wèn)題及時(shí)掌握，保證指令發(fā)出時(shí)同一時(shí)間下發(fā)到各個(gè)部門，保證施工過(guò)程統(tǒng)一管理，這樣才能讓混凝土施工問(wèn)題得到改善，保證對(duì)混凝土生產(chǎn)的管理過(guò)程，大大增加其質(zhì)量。

1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在以物聯(lián)網(wǎng)為前提的混凝土智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，首先應(yīng)該保證把信息化管理所有過(guò)程覆蓋混凝土制品的物流管理與生產(chǎn)管理；其次，管理工作人員應(yīng)該對(duì)原材料的MRP的采購(gòu)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品狀態(tài)、倉(cāng)庫(kù)當(dāng)中的不同原材料的型號(hào)、數(shù)量、所有人、儲(chǔ)位以及監(jiān)管負(fù)責(zé)人，并且應(yīng)該保證生產(chǎn)管理系統(tǒng)還能把倉(cāng)儲(chǔ)的性能進(jìn)一步擴(kuò)展至全部供應(yīng)鏈的上下游，從而令其同物流系統(tǒng)的揀貨、出貨以及配送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行緊密聯(lián)系；最后，可以按照庫(kù)存情況及訂單情況對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，使生產(chǎn)信息能配合自動(dòng)化生產(chǎn)線的作業(yè)流程。

結(jié)合上述系統(tǒng)構(gòu)建思路，設(shè)計(jì)出了整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的工作模式，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到監(jiān)控中心的服務(wù)器端，并且在各地局部服務(wù)器上存儲(chǔ)本地?cái)?shù)據(jù)，支持遠(yuǎn)程、多端點(diǎn)登錄，有權(quán)限用戶均可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，查看并處理相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄。系統(tǒng)信息管理用戶層級(jí)包括領(lǐng)導(dǎo)層應(yīng)用、管理層應(yīng)用和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用三部分。如圖2所示。

2系統(tǒng)組成

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)由傳感系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。

傳感系統(tǒng)是將信息采集系統(tǒng)與智能交互系統(tǒng)構(gòu)建的一種傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)把獲得的信息發(fā)送到后臺(tái)信息處理中心，之后再分別發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)、生產(chǎn)系統(tǒng)以及物流系統(tǒng)。

2.1傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)主要針對(duì)原材料出入庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)管理和混凝土生產(chǎn)管理、車輛運(yùn)輸?shù)葘?shí)施產(chǎn)品的身份識(shí)別、入庫(kù)登記與生產(chǎn)監(jiān)控以及物流運(yùn)輸?shù)乳_(kāi)展標(biāo)識(shí)感應(yīng)記錄管理工作，并將采集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送到管理平臺(tái)，令獲得身份標(biāo)識(shí)的所有產(chǎn)品在倉(cāng)庫(kù)當(dāng)中的所處位置可以用二維（三維）模型形式抑或是坐標(biāo)的形式展現(xiàn)在管理平臺(tái)當(dāng)中。文中通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)、GPS全球定位以及激光掃描器等信息傳感裝置，并根據(jù)相關(guān)的約定協(xié)議，將所有物品同互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)連接起來(lái)，更好地開(kāi)展信息的通信與交換，從而更有利于對(duì)物體進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控以及管理。

如圖3所示是原材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成材料出入廠的過(guò)磅計(jì)量檢測(cè)。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)室的原材料取樣地點(diǎn)設(shè)置在地磅房過(guò)磅環(huán)節(jié)，既規(guī)范了實(shí)驗(yàn)室取樣數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)也在保證材料質(zhì)量的情況下未額外增加信息源和人工成本。

2.2信息處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)模塊主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息和物流運(yùn)輸信息的實(shí)時(shí)采集，匯集到中央數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析，將分析結(jié)果與決策發(fā)往各級(jí)管理人員，調(diào)整生產(chǎn)管理。其工程化模式是：利用物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境感知、信息傳遞和信息處理技術(shù)，精確監(jiān)測(cè)、描述并智能控制其中發(fā)生的業(yè)務(wù)過(guò)程：同時(shí)生產(chǎn)控制單元與生產(chǎn)調(diào)度、實(shí)驗(yàn)室以及物流運(yùn)輸車輛等單元間通信，在工藝、質(zhì)量和環(huán)境安全等約束條件下實(shí)現(xiàn)過(guò)程協(xié)同和優(yōu)化。

信息處理系統(tǒng)讓攪拌站混凝土生產(chǎn)管理具有更加優(yōu)異的感知、預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)和分析能力，并以全面的自動(dòng)化和智能化實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化。建立混凝土攪拌站生產(chǎn)環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)性業(yè)務(wù)流，對(duì)原材料評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)與控制；規(guī)范化實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)，建立在取樣、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)果分析等方面現(xiàn)場(chǎng)可控的標(biāo)準(zhǔn)化流程；實(shí)現(xiàn)管理調(diào)度信息與攪拌控制系統(tǒng)的一體化，嚴(yán)格配合比，執(zhí)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量保證體系，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的材料消耗報(bào)表、生產(chǎn)報(bào)表、質(zhì)量報(bào)表等。如圖4所示。

2.3生產(chǎn)控制系統(tǒng)

生產(chǎn)控制系統(tǒng)是混凝土智能生產(chǎn)的核心系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含攪拌站控制模塊、溫/濕度檢測(cè)模塊、監(jiān)控模塊和質(zhì)檢模塊等，與實(shí)驗(yàn)室、存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)以及質(zhì)檢等全部集成和整合優(yōu)化，使混凝土生產(chǎn)過(guò)程具有良好的抗干擾能力、完善的異常識(shí)別預(yù)警和自我診斷的前饋控制能力。生產(chǎn)控制系統(tǒng)和攪拌站控制系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)手機(jī)和移動(dòng)控制平臺(tái)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中，移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)監(jiān)控可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的掌握每天、每個(gè)時(shí)段的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，原材料的存儲(chǔ)量和消耗量；移動(dòng)控制平臺(tái)主要是監(jiān)控?cái)嚢枵究刂葡到y(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)，從配料方面、骨料運(yùn)輸方面、投料方面、攪拌方面以及卸料方面等實(shí)施所有生產(chǎn)周期的監(jiān)控工作，并形成混凝土生產(chǎn)效率時(shí)效分析圖；管理移動(dòng)終端能夠及時(shí)查看重點(diǎn)工程的具體施工情況、現(xiàn)場(chǎng)澆筑點(diǎn)以及生產(chǎn)狀態(tài)等相關(guān)信息。最后，對(duì)生產(chǎn)當(dāng)中裝置出現(xiàn)的性能及質(zhì)量偏差實(shí)施質(zhì)量可靠性的探究工作，并對(duì)一些質(zhì)量偏差不符合相關(guān)要求的裝置實(shí)施報(bào)警。如圖5所示。

2.4物流管理系統(tǒng)

原材料入庫(kù)時(shí)，利用車載電子標(biāo)簽，把關(guān)于車載物料的信息通過(guò)遠(yuǎn)距掃描的方式收集下來(lái)，然后輸送到數(shù)據(jù)中心；在儲(chǔ)存原材料的時(shí)候，通過(guò)RFID電子標(biāo)簽對(duì)產(chǎn)成品實(shí)施身份標(biāo)識(shí)，并將分類資料存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)；混凝土成品出廠時(shí)，帶有RFID無(wú)線射頻讀寫功能的車載終端系統(tǒng)通過(guò)混凝土攪拌站給料系統(tǒng)的射頻確認(rèn)、稱量記重，完成裝料任務(wù)后，在出廠時(shí)打印確認(rèn)該任務(wù)的詳細(xì)資料并將該信息傳給服務(wù)器，服務(wù)器打開(kāi)車載終端的3G城市交通網(wǎng)，用GPS導(dǎo)航儀指引運(yùn)輸路線形成車輛統(tǒng)一的運(yùn)輸線路；到工地后根據(jù)打印的任務(wù)書(shū)找到交付單位，由交付單位電子簽字確認(rèn)和單據(jù)簽字確認(rèn)后，再由原路返回廠區(qū)準(zhǔn)備下一次運(yùn)輸。其中，空車稱重和料斗稱重識(shí)別模塊包括靜態(tài)稱重系統(tǒng)、RFID無(wú)線射頻讀寫器和信息傳遞系統(tǒng)。給料機(jī)稱重識(shí)別模塊包括給料和出料計(jì)量系統(tǒng)、RFID無(wú)線射頻讀寫器和信息傳遞系統(tǒng)；產(chǎn)品出廠打印單據(jù)模塊包括個(gè)人信息、出料重量、卸料程序以及物料的性能參數(shù)。用戶簽單確認(rèn)模塊包括電子簽單和單據(jù)簽單。服務(wù)器包括生產(chǎn)制造模塊、運(yùn)營(yíng)客戶模塊、分析計(jì)算模塊、人力財(cái)務(wù)管理模塊、權(quán)限控制模塊和企業(yè)基礎(chǔ)文化模塊。調(diào)度指完成車輛從出廠到運(yùn)輸途中、到工地的交割過(guò)程中各項(xiàng)信息的實(shí)時(shí)管理，并處理事件完成與決策和服務(wù)器的信息互動(dòng)。如圖6所示。

3系統(tǒng)測(cè)試

本控制系統(tǒng)B/S、C/S交互采用的框架是Restful接口和前段頁(yè)面動(dòng)態(tài)加載頁(yè)面。其中，后臺(tái)使用Spring boot后端接口自動(dòng)配置類和快速構(gòu)建應(yīng)用程序，前端采用vue2.0開(kāi)發(fā)頁(yè)面，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。與MySOL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的是支持定制化SOL、存儲(chǔ)過(guò)程以及高級(jí)映射的MyBatis持久層框架，將接口和Java的POJOs映射成數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄。如圖7所示。

如圖7混凝土生產(chǎn)控制系統(tǒng)，用過(guò)以下指標(biāo)衡量系統(tǒng)的性能包括無(wú)限射頻識(shí)別的范圍達(dá)到1.5 m以上；無(wú)線射頻識(shí)別后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻憫?yīng)時(shí)間保持在2 s以內(nèi)；數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)到10年以上；并發(fā)展用戶達(dá)到2000以上時(shí)，本系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持運(yùn)行流暢、穩(wěn)定。

4結(jié)束語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的混凝土智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)研究，集成了多種傳感器形成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將RFID無(wú)線射頻技術(shù)應(yīng)用于混凝土的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了混凝土遠(yuǎn)程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制、遠(yuǎn)程生產(chǎn)管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，形成了混凝土的智能生產(chǎn)與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)從根本上提高了混凝土生產(chǎn)、管理的效率，大大降低了混凝土生產(chǎn)、管理的成本。但信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在不確定性，仍需要深入，未來(lái)將繼續(xù)就此問(wèn)題進(jìn)行研究。