混凝土拌合站生产过程动态监控系统的开发与应用.doc

混凝土拌合站生产过程动态监控系统的开发与应用?144?路基工程SubgradeEngineering2012年第2期(总第161期)混凝土拌合站生产过程动态监控系统的开发与应用马(1.中铁二局集团有限公司,成都辉,刘仁智,董庆,610032;2.上海同望软件有限公司,上海龚建忠201206;3.西南交通大学,成都610031)摘要:为适应现场混凝土施工中存在的质量管理和成本控制需求,开发了基于GPRS远程信息传输,数据存储,分析平台和广域网(WAN)多用户实时访问信息门户(PIP)的混凝土拌合站生产过程动态监控系统.该系统实现了混凝土施工过程信息数据处理的智能化,解决了混凝土施工过程管理信息的真实性和反馈响应及时性问题,达到了对混凝土施工过程动态管理的目标.关键词:混凝土;生产过程;动态监控中图分类号:TU528.062文献标志码:A文章编号:10038825(2012)020144040引言高速铁路的建设具有点多,线长,面广,环节复杂的特点,质量管理任务繁重.现有传统的静态管理手段,不仅效率低下,且管理成本高,无法满足高标准的生产管理要求,迫切需要开发新技术,新手段提高质量管理的水平和效果.信息化是建设项目管理的发展趋势,是适应当前国家基础建设大环境管理要求的新技术,新手段.混凝土施工是基础设施建设项目最基本,最重要的作业内容,涉及工程项目的各个环节,与之相关的产值一般占到基建项目总产值的40%60%以上,混凝土施工的过程控制是保障项目建设质量安全的核心环节.本文对混凝土拌合站生产过程进行了动态监控系统的开发与应用研究,并获得国家专利和国家版权局计算机软件登记证,达到了对混凝土施工过程动态管理的目标,有效保证了工程质量.1系统要解决的技术问题为适应设计及运营的要求,高速(客运专线)铁路主要结构工程均采用高性能混凝土,其材料组份多达7种以上,从原材料配合比确定,计量,拌制到浇注的各个环节,其工艺技术指标均有严格要求.现场施工中,混凝土拌合站的生产过程存在以下技术和管理问题需要解决:(1)实时监控纠正,严格执行配合比O为适应收稿日期:20110510基金项目:中国中铁二局集团科技开发项目(200901),成果发明专利申请号或专利号201l10064803.X;国家版权局计算机软件着作权登记证书号(软着登字第0269600号)作者简俞:马辉(1971一),男,甘肃武威人.高级工程师,博士,从事道路工程施工及相关研究工作.Email:mhuicd163COII1砂,碎石等混凝土原材料中含水量的变化和不同强度混凝土配合比的变化,拌合站试验人员需要按规定程序对混凝土配合比进行动态调整,试拌.在实际操作中,存在拌合站操作人员为追求不当利益擅自修改施工配合比的现象,高性能混凝土施工配合比不能被严格执行,使混凝土实体质量保障存在一定风险.(2)保证混凝土搅拌时间.高性能?昆凝土组分材料多达7种以上,其工作性和匀质性是保证混凝土结构实体质量和表观质量的重要指标.提高混凝土工作性和匀质性的基本途径就是要保证混凝土的拌制时间.铁路建设相关规范规定,高性能混凝土拌和时间应在120180秒之间.在实际操作中,存在拌合站操作人员为追求产量而缩减混凝土拌和时间的现象,混凝土的工作性能得不到保障.(3)及时发现和校正计量误差.客运专线高性能混凝土暂行技术条件和客运专线铁路隧道工程施工技术指南都明确规定混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,称量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计):胶凝材料(水泥,掺合料等)1%;外加剂1%;骨料2%;拌和用水1%.通常情况下,拌和机计量系统误差(系统误差,落时误差,计量误差)需通过定期的设备鉴定来加以校正,而人为因素的不确定性,决定了这种适时监控的局限性.在操作中,存在拌和机的计量系统误差不能被即时掌握和校正,往往是在混凝土生产较长时间后才能发现计量误差超限,造成的质量隐患不易被整改.(4)认真执行工艺标准,准确查找问题原因.受各种因素的影响,结构混凝土浇筑容易产生不必要的间歇缝,蜂窝,麻面等缺陷.由于不能对这些工序的施工过程进行有效的监控,在出现上述质量缺陷马辉,等:混凝土拌和站生产过程动态监控系统的开发与应用?145?时,不能识别是因为原材料,混凝土配合比,拌和工艺,运输过程还是浇注工艺等哪一个环节出现的问题,给问题原因分析和整改造成困难.(5)有效实施过程控制,监控材料实际用量.混凝土实际用量应在设计数量基础上的一定范围内正常波动,反常的超量或节省则说明施工工艺标准未被严格执行.以隧道二衬施工为例,若?昆凝土实际用量大于设计数量,则说明开挖时超挖或初期支护厚度不够;若混凝土实际用量小于设计数量,则说明开挖时欠挖或有其它偷工减料行为发生.若将全部混凝土拌和过程进行监控纪录,则可轻松地获知现场喷射混凝土采用的是干喷工艺还是湿喷工艺.在操作中,因对混凝土的实际用量不能实时,有效地掌控,类似问题发生时不能被及时地发现和纠正.(6)智能化统计分析,便利成本控制.拌合站生产过程数据繁杂,规模庞大,需要开发智能化的数据处理系统,提高成本核算水平和成本管理效能.(7)保证数据安全,实施有效管理.利用混凝土拌和机控制电脑自动储存收集的混凝土生产所需原材料消耗台帐,是混凝土生产过程控制和生产成本核算的最直接,最真实的资料.在操作中,常因拌合站控制电脑系统的稳定性差,或人为因素造成上述关键信息丢失,又没有即时备份数据,给项目成本核算和过程控制造成困难.此外,拌合站部分过程控制和识别数据需要操作人员按规定格式录入,实际操作中,存在录人数据内容和格式的准确性不能被及时鉴别和处理等问题,对混凝土生产过程工艺技术指标的事后监控难以实施.(8)及时分析反馈,实现事中主动控制,避免事后被动控制.传统管理模式下,拌合站生产过程数据储存在各工点的拌合站控制电脑中,数据的收集汇总和分析工作繁重,很难做到及时统计和分析,问题的反馈处理过程滞后,制约了混凝土生产过程管理的效果.(9)创新管理手段,提高管理效率,降低管理成本.信息化是建设项目管理的发展趋势,是适应当前国家基础建设大环境管理要求的新技术,新手段.混凝土施工的过程管理也需要利用信息化技术和手段,实现管理信息数据处理的智能化,保障过程管理信息的真实性,解决信息反馈响应及时性问题,达到实施过程动态管理的目标.2系统采用的技术方案及其组成2.1系统技术组成运用通用GPRS无线分组服务技术,有效解决未联接Internet的混凝土拌合站控制计算机不能进行数据传输的问题;采用B/S+C/S系统架构,用户只需登陆远程服务器系统网页即可实时监控混凝土拌合站生产过程,查看各项统计数据;采用J2EE架构,使各项业务独立管理,分布实施(图1).应用层.I链路层:7一7=一一一.厂一一一一,I褥I一一再j.目PCPC图1技术架构示意2.2物理组成与环境配置系统物理组成主要包括拌合站数据采集单元,GPRS远程信息传输单元和数据存储分析与查询单元三个部份(图2).图2环境配置示惹(1)拌合站数据采集单元由拌和机控制电脑和专用接口程序组成,提供拌合站运行数据的自动采集功能.(2)GPRS远程信息传输单元是基于GSMR系统无线分组交换技术的数据传输终端,提供数据采集端到存储分析端的传输功能.GPRS无线数据发送方便,无需网络,通过广域的无线IP连接,只要有手机信号即可实现数据互通,且采集数据以文档的形式进行层示鋈一嫩一一脯一网一层理鋈.?l46?路基工程SubgradeEngineering2012年第2期(总第161期)保存,格式简单,易于保存阅读.(3)存储分析与查询单元由巾心服务器和数据处理软件组成,提供数据存储,分析处理,信息无线报送和受控用户通过广域的IP连接远程访问查阅功能.系统运行需要在拌合站,中心服务器和用户(试验室,经理部,指挥部)之间建立数据关联,才能实现各拌合站的数据统一.混凝土拌合站和中心服务器之问的数据关联由GPRS无线数据模块来完成.中心服务器建在项目指挥部或某数据中心,用户可通过WEB网络访问给定门户网址查询监控各拌合站的运行情况.试验室和其它监控用户可将理论目标数据提交至数据中心,通过与实际生产数据进行对比验证,获得临控结论和统计分析报表.2.3功能结构按照工作流程及混凝土拌合站生产过程控制要求,混凝土拌合站生产过程动态监控系统主要功能设计如图3.I混凝上拌合站生产过程动态监督管理系统I计E,t产过程对比分析统汁查询无线传输选定管娌管理管理管理管理1上一L上_L1_L-上上上一上上上上上抖c混用觋生设生难原生霹系料统变参更数发变凝料产计产产材产送送送绺比上供过强数时料过选需槲程度量间消程最定求通采数对对刘耗质结数钳J集据比比比统量囊粜量电控计问录求管制题八人理与统采汁集图3功能结构示意3监控系统的应用操作通过Internet访问混凝土拌合站生产过程动态监控系统网页,授权用户可登录监控系统,实现对混凝土拌合站生产过程的动态监控和历史数据统计分析成果的查询.3.1动态监控(1)拌合时间实时监控.选择工作界面上的动态监控一拌和时间监控开始对指定拌合站生产过程中的每一盘混凝土的拌和时间进行实时监控,实际拌和时间在现场每一盘混凝土拌和作业完成的同时显示在用户监控界面,突出实时性.(2)材料用量实时监控.选择工作界面上的动态监控一材料用量监控开始对指定拌合站生产过程中的每一盘混凝土的原材料组份进行实时监控,验证混凝土配合比的执行情况,实际拌和所用的各类原材料数量在现场每一盘混凝土拌和作业完成的同时显示在用户监控界面.3.2统计分析(1)拌合时间历史查询.选择工作界面上的统计分析一拌和时间历史查询对指定拌合站,指定时间段内生产的每一盘混凝土的拌和时间进行查询,分析判断拌和周期变化情况,提供质量追溯依据,实现事后监控.(2)材料用量历史查询.选择工作界面上的统计分析一材料用量历史查询对指定拌合站,指定时间段内生产的每一盘混凝土的材料用量和材料消耗总量进行查询,评判混凝土配合比的执行情况,提供质量追溯依据,实现事后监控和原材料成本核算.(3)产能分析.选择工作界面上的统计分析一产能分析对指定拌合站,指定时间段内混凝土的产量进行查询.可按季度,月份,周分别统计每个拌合站或对应工程部位的混凝土生产数量,并与计划产能和原材料实际消耗量对比,形成分析结论.系统自动生成excel格式的统计报表,便于进一步的储存分析.(4)材料误差分析.选择工作界面上的统计分析一材料误差分析对指定拌合站,指定时间段内混凝土生产过程中各种材料的用量进行查询,通过与设计配合比确定的材料用量比较,分析材料用量误差,评判昆凝土配合比执行情况.系统自动生成excel格式的统计报表,便于进一步的储存分析.(5)生产量核算.选择工作界面上的统计分析一生产量核算对拌合站提供给指定工程部位混凝土的总量进行统计查询,通过与设计图确定的指定工程部位混凝土计划用量比较,自动分析混凝土的生产总量,使用分布情况和使用节超情况.系统自动生成excel格式的统计报表,便于进一步的储存分析.3.3实时短信提醒各级管理责任人要实现对混凝土拌合站的实时监控,必须实时掌握拌合站重点监控项目(如拌合时间,混凝土配合比执行误差等)的运行情况.管理责任人对拌合站的实时监控以两种方式实现,一是利用internet网访问监控系统中心服务器,登录监控系统实施监控;另一种情况是管理责任人不具备上网条件(如在会议,旅途或野外工地),则通过系统实时短信提醒实施监控.监控系统对拌合站混凝土拌和生产过程中每种材料的实际用量和实际搅拌时间等指标与系统中设定的理论材料用量和理论搅拌时间等指标进行比较,并根据误差大小判断是否发送短信报警.当这些指标的误差值大于允许的误差时,系统自动向管理责任人发送手机报警短信;当指标的误差值在规范允许的误差范围内时,系统自动储存监控数据备查,但不发送手机报警短信.管理责任人根据收到的手机报警短信采取干预手段,报警短信可根据管理机构组织模式和问题马辉;等:混凝土拌和站生产过程动态监控系统的开发与应用?147?的严重程度设置多级报警,实现不同强度和级别的过程监控干预.4系统实现的功能和应用效果监控系统通过实时掌握混凝土拌合站生产过程中的各类重点信息,完美地实现了以下预期的系统功能和应用效果.(1)通过实时监控纠正,确保了混凝土配合比的严格执行,保障了混凝土生产搅拌时问,并及时发现和校正计量误差,减少了高性能混凝土因生产过程中可能出现的系统故障或操作不当所造成的工程损失.(2)通过有效地实施过程控制,实现事中主动控制,避免事后被动控制,保障了混凝土工艺标准的认真执行.(3)利用基于GPRS技术的远程信息传输,数据即时存储和分析平台,保证了混凝土施工过程数据的安全.(4)解决了过程管理信息的真实性和反馈响应及时性问题,规范了作业模式,达到了动态管理的目标,有效地保证了工程质量.(5)利用智能化的信息数据处理技术,实现了过程数据的即时统计分析,便利成本核算和成本控制.(6)系统以全新的管理模式实现昆凝土生产过程的动态控制管理,创新了管理手段,提高了管理效率,降低了管理成本,体现了现代信息技术和工程技术的有机统一.(7)系统的研究开发,以国家重大建设项目为依托,结合工程建设过程中急需解决的实际技术问题,有针对性地展开工作,确保了成果的工程适应性和重大的实用效益.5结语混凝土拌合站生产过程动态监控系统,是在综合分析高性能混凝土生产过程中涉及到的人的行为,物的状态,工作的终极目标基础上,因应混凝土施工中存在的质量管理和成本控制需求而开发的信息化管理系统,业务逻辑关系明确,重点功能突出,以全新的管理模式和管理手段实现了对7昆凝土生产过程的动态控制管理,有效地保证了工程质量,加强了生产成本控制,提高了建设项目的管理效率和管理水平,体现了现代信息技术和工程技术的有机统一,创新性和实用价值极高,应用前景广泛.参考文献:1马辉,等.混凝土拌合站生产过程动态控制系统的开发应用:中国201110064803P2马辉,等混凝土拌合站生产过程动态控制系统的开发与应用z.国家版权局计算机软件着作权登记证书(0269600)3付飞,叶跃宗.高性能混凝土抗氯离子侵入性研究J路基工程,2011(4):1314.4赵双林,等.武广客运专线高性能混凝土的配制研究J路基工程,2007(4):122124.5铁道部.科技基(2005)10J号,客运专线高性能混凝暂行技术条件S12005.6TZ2142005,客运专线铁路隧道工程施工技术指南S2005DevelopmentandApplicationofDynamicMonitoringSystemforProductionProcessatConcreteMixingPlantMAHui,LIURen.zhi,DONGQing.,GONGJianzhong(1.ChinaRailwayNo.2EngineeringG