智能化工程機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)探討

劉勁威

摘 ?要：隨著工業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和要求不斷提高，要求實(shí)現(xiàn)高可靠性、安全性、高精度、智能化的目標(biāo)，智能化工程機(jī)械是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，而關(guān)鍵技術(shù)是核心部分，文章研究國(guó)內(nèi)外智能化工程機(jī)械發(fā)展的現(xiàn)狀，并探討相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，為相關(guān)研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：智能化;工程機(jī)械;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU85 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2014）35-0007-02

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著各領(lǐng)域的進(jìn)步，工業(yè)領(lǐng)域更是如此，工業(yè)自動(dòng)化是時(shí)代發(fā)展的大勢(shì)，自動(dòng)化工程機(jī)械包括可編程控制工程機(jī)械、遙操作工程機(jī)械和智能化工程機(jī)械三大部分，各部分存在著功能的差別，但同時(shí)也有一定的聯(lián)系，可編程控制工程機(jī)械通過(guò)編制程序完成各種任務(wù)，但是如果外部的環(huán)境和工藝改變，需要重新編程，耗時(shí)耗力;遙操作工程機(jī)械常用于人工無(wú)法完成的區(qū)域或高危區(qū)域，如核輻射環(huán)境、高溫、高壓、深水等區(qū)域;智能化工程機(jī)械無(wú)須人工參與，通過(guò)傳感器獲取各種信息，實(shí)現(xiàn)自我感知、決策、控制的功能，雖然目前還處于初期探索階段，但是由于此類技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)控制的自動(dòng)化、智能化、人性化等特點(diǎn)，功能強(qiáng)大，具有廣闊的前景。

1 ?智能化工程機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

自動(dòng)化工程機(jī)械的特點(diǎn)是高可靠性、安全性與精確性，自動(dòng)化工程機(jī)械是重要的控制系統(tǒng)，但是這一市場(chǎng)幾乎被國(guó)外公司壟斷，如德國(guó)的西門(mén)子和力士樂(lè)，日本的三菱和Hitachi，芬蘭的EPEC等。自動(dòng)化工程機(jī)械的發(fā)展逐漸面向人性化和網(wǎng)絡(luò)化，相較于以往的工作方式，自動(dòng)化工程機(jī)械的控制要實(shí)現(xiàn)便捷、高效、人性等目標(biāo)，不僅強(qiáng)調(diào)本地功能的控制，還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊，方便進(jìn)行交互和工作調(diào)度?；贑AN總線的工程機(jī)械網(wǎng)絡(luò)化控制如圖1所示，該系統(tǒng)由操作界面、電液控制系統(tǒng)、輔助控制器等組成，基于CAN的網(wǎng)絡(luò)化工程機(jī)械控制系統(tǒng)，分工明確但又相互協(xié)作，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、人機(jī)交互和遠(yuǎn)程通訊等功能。

而隨著自動(dòng)化工程機(jī)械發(fā)展的深入，智能化成為重要的發(fā)展方向，尤其是新的傳感器和控制器的出現(xiàn)，并在結(jié)合GPS等先進(jìn)技術(shù)，引入了新的內(nèi)涵，如車輛定位、挖掘機(jī)鏟斗角度的定位等，為工程機(jī)械的施工提供了新義。我國(guó)在智能工程機(jī)械的研究和應(yīng)用都處于起步階段，如三一重工、徐州重工、天津工程機(jī)械研究院等取得了比較大的成績(jī)，以道路建設(shè)施工機(jī)械為例，實(shí)現(xiàn)了智能化的研究，如裝載機(jī)、攤鋪機(jī)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化的作業(yè)施工，掌握了機(jī)群智能化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，但實(shí)際應(yīng)用還有待進(jìn)一步論證。

2 ?智能化工程機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 ?智能化機(jī)群技術(shù)的研究

本文基于路面施工來(lái)進(jìn)行拓展，施工以智能化機(jī)群為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)施工的全過(guò)程控制，是一種系統(tǒng)化的生產(chǎn)流水作業(yè)，工作的環(huán)境比較多變，要根據(jù)機(jī)群的配置和實(shí)際的施工環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃，取得最佳的工程質(zhì)量和最優(yōu)的工作效率。傳統(tǒng)的集中控制不能完全滿足施工的需要，尤其是面對(duì)長(zhǎng)線路的施工時(shí)，要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的反映施工信息，利用網(wǎng)絡(luò)化和分布式的智能化控制技術(shù)來(lái)掌握相關(guān)的信息，具有及時(shí)性好、控制精確的特點(diǎn)。分布式人工智能有多主體系統(tǒng)和分布式問(wèn)題求解，多主體系統(tǒng)研究系統(tǒng)機(jī)械主體之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，如何實(shí)現(xiàn)各工程機(jī)械的融合銜接，減少不必要的沖突，經(jīng)過(guò)有效的綜合規(guī)劃之后，各工程機(jī)械主體可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)知識(shí)共享、合作的模塊上進(jìn)行研究。分布式人工智能技術(shù)在許多行業(yè)已經(jīng)取得了積極的成果，如交通、建筑等領(lǐng)域，正走向商業(yè)化的應(yīng)用，此類系統(tǒng)的應(yīng)用具有無(wú)人化、控制精確化等特點(diǎn)，已經(jīng)運(yùn)用于制造、交通、建筑和商業(yè)等領(lǐng)域，如控制工程機(jī)械施工管理過(guò)程，提出了多智能體工程預(yù)算方法。分布式人工智能技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用取得了非常好的效果，其關(guān)鍵在于：每個(gè)主體的智能都比較簡(jiǎn)單，當(dāng)協(xié)調(diào)工作，各個(gè)工程主體雖然參加的工作不復(fù)雜，但是綜合起來(lái)可以完成十分復(fù)雜的任務(wù)，本文著重于研究智能化機(jī)群技術(shù)，以下進(jìn)行闡述。

2.1.1 ?基于多智能體控制的施工體系研究

傳統(tǒng)的施工大多是單項(xiàng)操作，各單位的銜接耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，而生產(chǎn)的效率也不太高。多智能控制的施工體系可以將各單元進(jìn)行融合，構(gòu)建內(nèi)部的求解模式，對(duì)信息進(jìn)行綜合分析，然后分配，以整合整個(gè)施工的流程，不但減少了銜接的時(shí)間沖突，而且能實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，具有高效的特點(diǎn)，還能節(jié)約資源。

2.1.2 ?信息流集成模型的研究

機(jī)群施工過(guò)程控制中智能控制單元可以相互協(xié)調(diào)，將物料流和信息流聯(lián)系起來(lái)，每一智能控制單元施工的目的不同，其信息流有很大的區(qū)別，建立完善的信息流能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制。

2.1.3 ?人機(jī)共棲的智能主體研究

機(jī)群施工作業(yè)過(guò)程中人的參與十分重要，要充分發(fā)揮智能工程機(jī)械解決問(wèn)題與人指揮的能力，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，取得最佳的協(xié)同作業(yè)效果。

2.1.4 ?多智能主體鐵桶決策系統(tǒng)的研究

協(xié)同決策是考慮多個(gè)主體參與的決策過(guò)程，由于智能控制體的對(duì)象、方案和功能存在一定的矛盾，因而沖突的識(shí)別和消解是協(xié)同設(shè)計(jì)可以解決關(guān)鍵的問(wèn)題。

2.2 ?單機(jī)集成化操作與智能控制技術(shù)

單機(jī)集成化的操作融合之后就形成了智能化的機(jī)群，其包含的內(nèi)容也十分的廣泛，主要有機(jī)電一體化、液壓控制、無(wú)人操作、可編程等技術(shù)，這些技術(shù)經(jīng)過(guò)融合之后形成一個(gè)整體的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)群化的作業(yè)。智能技術(shù)改善了機(jī)械的性能，提升其工作的穩(wěn)定性和可靠性，不但極大地減少了人工的參與，同時(shí)還提升了安全性。

工程機(jī)械控制與電液式的自動(dòng)換擋技術(shù)具有兼容的優(yōu)點(diǎn)，是目前工程機(jī)械電液一體化的重要發(fā)展方向。無(wú)人駕駛技術(shù)也是工程機(jī)械的一個(gè)發(fā)展方向，就需要帶有遙控裝置和特定的施工作業(yè)環(huán)境中，采用位置誘導(dǎo)原理和定向?qū)Ш郊夹g(shù)，依托自身機(jī)械操作、監(jiān)控反饋系統(tǒng)、無(wú)線/有線通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制和自行判斷技術(shù)，無(wú)人操作的工程技術(shù)正逐步得到應(yīng)用。

2.3 ?智能監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)、遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)技術(shù)

智能化的工程機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)等功能，在作業(yè)的過(guò)程中，克服各種施工因素的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的精確控制，這對(duì)于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動(dòng)力的使用，更加精確合理，但是此類工程機(jī)械對(duì)傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實(shí)現(xiàn)融合，可以進(jìn)行信息的集中處理，包括信息融合、數(shù)據(jù)融合以及二者的結(jié)合，從多個(gè)信息源得到數(shù)據(jù)，獲得質(zhì)量更高的信息。相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的智能化工程技術(shù)的發(fā)展比較落后，尤其是在傳感器技術(shù)方面，大大落后于世界領(lǐng)先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進(jìn)，制約了我們研制完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)智能化工程機(jī)械的發(fā)展。

2.4 ?智能化工程機(jī)械發(fā)展中存在的問(wèn)題

雖然先進(jìn)的技術(shù)一直被應(yīng)用到智能化工程機(jī)械中，但是在發(fā)展中的融合問(wèn)題比較突出，應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益也有待考察。智能化工程機(jī)械走向人性化、智能化的方向是大勢(shì)所趨，但在這個(gè)大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問(wèn)題，主要存在幾個(gè)方面的問(wèn)題：

①關(guān)鍵元件的問(wèn)題，目前各大廠商的關(guān)鍵元件都以來(lái)進(jìn)口，如智能監(jiān)控系統(tǒng)中的顯示單元與核心處理單元。

②系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的硬件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，影響系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

③軟件開(kāi)發(fā)期問(wèn)題，許多智能化工程機(jī)械的軟件并不是定制的，在使用的過(guò)程中存在一定的沖突，并且難以根據(jù)實(shí)際的使用需要進(jìn)行調(diào)整。

④系統(tǒng)功能的擴(kuò)展問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的功能一直在擴(kuò)展，但是要擴(kuò)展系統(tǒng)的功能需要進(jìn)行論證和試驗(yàn)，減少各功能之間的影響，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的資源有限時(shí)，要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

⑤工程機(jī)械維修存在的問(wèn)題，智能化工程機(jī)械缺乏專業(yè)的維修企業(yè)，并且沒(méi)有形成法律法規(guī)，無(wú)據(jù)可依，具有很大的局限性。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

智能化工程機(jī)械是自動(dòng)化工程機(jī)械的重要組成部分，也是未來(lái)的發(fā)展方向，因而研究智能化工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，有利于消解當(dāng)前的局限，論文結(jié)合筆者的研究經(jīng)驗(yàn)作簡(jiǎn)要的論述，以期為相關(guān)的研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 史忠植.智能主體及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2] 魏洪興，王田苗，陳殿生.智能化工程機(jī)械及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工程機(jī)械，2004，（5）.

[3] 郭英訓(xùn).工程機(jī)械裝備智能化系統(tǒng)研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2014，（3）.

[4] 馬鑄，李鎖云，張文明，等.機(jī)群智能化工程機(jī)械體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003，（9）.

[5] 張耀宏.工程機(jī)械智能化的現(xiàn)狀[J].工程機(jī)械文摘，2004，（8）.

[6] 姜佑明.淺談工程機(jī)械智能化系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題[J].山西建筑，2011，（6）.

[7] 劉翥寰.智能化工程機(jī)械機(jī)群狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[8] 陶國(guó)強(qiáng)，胡斌，何克忠，等.機(jī)群智能化工程機(jī)械系統(tǒng)圖形界面設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，（36）.

2.3 ?智能監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)、遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)技術(shù)

智能化的工程機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)等功能，在作業(yè)的過(guò)程中，克服各種施工因素的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的精確控制，這對(duì)于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動(dòng)力的使用，更加精確合理，但是此類工程機(jī)械對(duì)傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實(shí)現(xiàn)融合，可以進(jìn)行信息的集中處理，包括信息融合、數(shù)據(jù)融合以及二者的結(jié)合，從多個(gè)信息源得到數(shù)據(jù)，獲得質(zhì)量更高的信息。相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的智能化工程技術(shù)的發(fā)展比較落后，尤其是在傳感器技術(shù)方面，大大落后于世界領(lǐng)先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進(jìn)，制約了我們研制完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)智能化工程機(jī)械的發(fā)展。

2.4 ?智能化工程機(jī)械發(fā)展中存在的問(wèn)題

雖然先進(jìn)的技術(shù)一直被應(yīng)用到智能化工程機(jī)械中，但是在發(fā)展中的融合問(wèn)題比較突出，應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益也有待考察。智能化工程機(jī)械走向人性化、智能化的方向是大勢(shì)所趨，但在這個(gè)大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問(wèn)題，主要存在幾個(gè)方面的問(wèn)題：

①關(guān)鍵元件的問(wèn)題，目前各大廠商的關(guān)鍵元件都以來(lái)進(jìn)口，如智能監(jiān)控系統(tǒng)中的顯示單元與核心處理單元。

②系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的硬件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，影響系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

③軟件開(kāi)發(fā)期問(wèn)題，許多智能化工程機(jī)械的軟件并不是定制的，在使用的過(guò)程中存在一定的沖突，并且難以根據(jù)實(shí)際的使用需要進(jìn)行調(diào)整。

④系統(tǒng)功能的擴(kuò)展問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的功能一直在擴(kuò)展，但是要擴(kuò)展系統(tǒng)的功能需要進(jìn)行論證和試驗(yàn)，減少各功能之間的影響，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的資源有限時(shí)，要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

⑤工程機(jī)械維修存在的問(wèn)題，智能化工程機(jī)械缺乏專業(yè)的維修企業(yè)，并且沒(méi)有形成法律法規(guī)，無(wú)據(jù)可依，具有很大的局限性。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

智能化工程機(jī)械是自動(dòng)化工程機(jī)械的重要組成部分，也是未來(lái)的發(fā)展方向，因而研究智能化工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，有利于消解當(dāng)前的局限，論文結(jié)合筆者的研究經(jīng)驗(yàn)作簡(jiǎn)要的論述，以期為相關(guān)的研究提供參考。

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[7] 劉翥寰.智能化工程機(jī)械機(jī)群狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[8] 陶國(guó)強(qiáng)，胡斌，何克忠，等.機(jī)群智能化工程機(jī)械系統(tǒng)圖形界面設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，（36）.

2.3 ?智能監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)、遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)技術(shù)

智能化的工程機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控、檢測(cè)、預(yù)報(bào)等功能，在作業(yè)的過(guò)程中，克服各種施工因素的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的精確控制，這對(duì)于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動(dòng)力的使用，更加精確合理，但是此類工程機(jī)械對(duì)傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實(shí)現(xiàn)融合，可以進(jìn)行信息的集中處理，包括信息融合、數(shù)據(jù)融合以及二者的結(jié)合，從多個(gè)信息源得到數(shù)據(jù)，獲得質(zhì)量更高的信息。相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的智能化工程技術(shù)的發(fā)展比較落后，尤其是在傳感器技術(shù)方面，大大落后于世界領(lǐng)先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進(jìn)，制約了我們研制完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)智能化工程機(jī)械的發(fā)展。

2.4 ?智能化工程機(jī)械發(fā)展中存在的問(wèn)題

雖然先進(jìn)的技術(shù)一直被應(yīng)用到智能化工程機(jī)械中，但是在發(fā)展中的融合問(wèn)題比較突出，應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益也有待考察。智能化工程機(jī)械走向人性化、智能化的方向是大勢(shì)所趨，但在這個(gè)大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問(wèn)題，主要存在幾個(gè)方面的問(wèn)題：

①關(guān)鍵元件的問(wèn)題，目前各大廠商的關(guān)鍵元件都以來(lái)進(jìn)口，如智能監(jiān)控系統(tǒng)中的顯示單元與核心處理單元。

②系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的硬件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，影響系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

③軟件開(kāi)發(fā)期問(wèn)題，許多智能化工程機(jī)械的軟件并不是定制的，在使用的過(guò)程中存在一定的沖突，并且難以根據(jù)實(shí)際的使用需要進(jìn)行調(diào)整。

④系統(tǒng)功能的擴(kuò)展問(wèn)題，智能化工程機(jī)械的功能一直在擴(kuò)展，但是要擴(kuò)展系統(tǒng)的功能需要進(jìn)行論證和試驗(yàn)，減少各功能之間的影響，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的資源有限時(shí)，要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

⑤工程機(jī)械維修存在的問(wèn)題，智能化工程機(jī)械缺乏專業(yè)的維修企業(yè)，并且沒(méi)有形成法律法規(guī)，無(wú)據(jù)可依，具有很大的局限性。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

智能化工程機(jī)械是自動(dòng)化工程機(jī)械的重要組成部分，也是未來(lái)的發(fā)展方向，因而研究智能化工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，有利于消解當(dāng)前的局限，論文結(jié)合筆者的研究經(jīng)驗(yàn)作簡(jiǎn)要的論述，以期為相關(guān)的研究提供參考。

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