预拌混凝土智慧化生产系统建设_方毅.pdf
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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
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