論工程機械的智能化應(yīng)用

劉貴銀 康奪

摘 要：隨著科技的進步和現(xiàn)代施工項目大型化的要求，工程機械產(chǎn)品的自動化、智能化與集成化正在成為21世紀(jì)工程機械的重要發(fā)展方向之一。鑒于此，本文擬就工程機械的智能化應(yīng)用進行探討。

關(guān)鍵詞：工程機械；智能化；技術(shù)

目前，工程機械的智能化主要體現(xiàn)在三個方面，即工程機械單機集成化操作與智能控制技術(shù)，工程機械的智能監(jiān)控、檢測、預(yù)報、遠程故障診斷與維護技術(shù)，以及基于網(wǎng)絡(luò)的機群集成控制與智能化管理技術(shù)等。

一、單機集成化操作與智能控制技術(shù)

工程機械集成化操作與智能控制技術(shù)包括：電液控制自動換擋變速器技術(shù)、機電液一體化控制技術(shù)、負荷傳感全功率控制技術(shù)和無人操作技術(shù)等。

自動換擋系統(tǒng)在工程機械上的應(yīng)用越來越普遍。它在提高工程機械的使用效益及作業(yè)質(zhì)量，改善使用性能，減輕操作人員的勞動強度等方面顯示出優(yōu)越性。它可分為液壓式和電式。液壓式是將車輛的行駛速度、油門開度等行駛狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成油壓信號，由油壓信號控制換擋閥完成自動換擋。而電液式是將行駛速度、油門開度等行駛狀況參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號后輸人電子換擋控制器，由電子換擋控制器控制換擋閥而實現(xiàn)自動換擋。電液式具有與工程機械的控制相兼容的優(yōu)點，是目前工程機械機電液一體化的一個發(fā)展方向。

負荷傳感全功率控制是一個具有壓差反饋的伺服系統(tǒng)，由于泵的輸出流量和壓力能根據(jù)負載的變化做出相應(yīng)的變化，克服了恒流量和恒壓系統(tǒng)中的能量損失，從而提高了系統(tǒng)的工作效率。負荷傳感系統(tǒng)具有節(jié)能、控制性能好、壽命長和元件規(guī)格小等特點。應(yīng)用計算機控制技術(shù)，可以依次確定負荷傳感系統(tǒng)中發(fā)動機與變量泵的匹配特性，并采用負荷傳感微機節(jié)能控制系統(tǒng)實現(xiàn)全功率控制，達到最佳的經(jīng)濟匹配。

無人駕駛技術(shù)也是工程機械的一個發(fā)展方向。在特定的施工作業(yè)，如危險礦井區(qū)、易塌方區(qū)、易燃爆區(qū)、輻射或有害健康的作業(yè)區(qū)、深海作業(yè)甚至外界星球等地方作業(yè)，就需要帶有遙控裝置的，采用專用的、高智能的、無人駕駛的工程機械。隨著自動控制、機器人以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對工程機械領(lǐng)域的不斷透，采用定向?qū)Ш胶臀恢谜T導(dǎo)原理，依靠無線/有線通信、自身機械操作和自身監(jiān)控信息反饋處理系統(tǒng)，通過計算機控制和自行判斷，無人操縱的工程機械正在逐步的得到應(yīng)用。

二、智能監(jiān)控、檢測、預(yù)報、遠程故障診斷與維護技術(shù)

電子監(jiān)控與故障診斷技術(shù)主要是指對工程機械進行在線的智能監(jiān)控、檢測、預(yù)報、遠程故障診斷與維護，實現(xiàn)工程機械的監(jiān)控與故障診斷數(shù)字化、自動化和智能化。國外有關(guān)研究內(nèi)容及其今后的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在智能化的電子監(jiān)控系統(tǒng)、多傳感器融合技術(shù)和故障預(yù)測、診斷與維護技術(shù)等方面。

傳感器是電子監(jiān)控與故障診斷技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵部件。隨著世界傳感器市場漸趨成熟，給工程機械的發(fā)展提供了有力支持。多傳感器融合技術(shù)是在診斷系統(tǒng)中設(shè)置多種類型的傳感器，用來探測工程機械部件由于磨損、疲勞斷裂、彈性或塑性變形而在振動、溫度、壓力、流量等物理現(xiàn)象上的不同反映。對參加施工作業(yè)的工程機械，一般都要求具有很強的工作能力和較低的故障率，因此在作業(yè)中要求對多目標(biāo)進行準(zhǔn)確的定位、跟蹤和分類識別。多傳感器融合技術(shù)包括數(shù)據(jù)融合、信息融合以及數(shù)據(jù)與信息的融合，它是把從多個信息源得到的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以獲得數(shù)量更多、質(zhì)量更高的信息。

三、虛擬現(xiàn)實與機群控制技術(shù)

機群控制技術(shù)指的是機群的最優(yōu)配置或最佳組合，即以機械化作業(yè)機群系統(tǒng)為對象，運用統(tǒng)計學(xué)、運籌學(xué)、模擬仿真等方法，經(jīng)分析、判斷，建立系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，進而采用最優(yōu)化的方法求得系統(tǒng)的最佳結(jié)果，使系統(tǒng)中各種機械與設(shè)備之間在作業(yè)施工中相互協(xié)調(diào)，在施工方法上相互配合，從而獲得技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、運行可靠、工作效率高的機群控制系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實與機群控制技術(shù)是對工程施工進行分析與控制的兩種手段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是對實際施工過程的動態(tài)仿真，為機群的多種組合尋找最佳配置；機群控制技術(shù)是對多種施工機械所組成的施工群體進行優(yōu)化調(diào)度和實時監(jiān)控，確保施工安全、高效的完成。計算機仿真技術(shù)是虛擬現(xiàn)實的重要手段之一。隨著全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，對地理位置、工程施工的虛擬現(xiàn)實技術(shù)顯得越來越重要。

四、智能管理系統(tǒng)

大型工程項目具有投資大、工程復(fù)雜、作業(yè)點多、涉及面廣和建設(shè)周期長等特點，在項目開工前必須做施工組織設(shè)計，將工、料、機等多種資源以及整個工程的施工進度計劃安排好。在工程的實施過程中，經(jīng)常會遇到一些不可預(yù)見的突發(fā)事件，直接影響工程的正常進行，因此需要對工程建設(shè)項目實施動態(tài)管理，對施工機械（車輛）進行調(diào)度，重新配置各種資源，實現(xiàn)工、料、機的優(yōu)化組合和最佳協(xié)同工作方式，以達到靈活運用施工資源、提高施工效率、降低施工成本的目的。這就需要建立一個與之相適應(yīng)并且具有擴展功能的施工機械（車輛）智能化管理系統(tǒng)。

五、全球定位系統(tǒng)

GPS在工程施工中的主要作用是用于顯示各工程機械的工作位置，向中央控制系統(tǒng)發(fā)送各車輛的位置信息、地理信息，以便于中央控制系統(tǒng)對工程進行智能管理，它是機群控制體系得以實現(xiàn)的技術(shù)支持之一。具體來說，它主要完成以下工作：

1.施工工地地況信息的高精度測量；

2.施工工地多臺工程機械的位置、作業(yè)速度和時間等信息的采集；

3.根據(jù)需要，在屏幕上實時地顯示所需測量數(shù)據(jù)；

4.記錄目標(biāo)的原始測量信息，經(jīng)事后處理得到精確的目標(biāo)數(shù)據(jù)；

5.對多目標(biāo)采集的信息和數(shù)據(jù)具有事后回放、顯示記錄的功能。通過GPS可以實時地對施工機群實行定位和地貌測量。

總之，工程機械的智能化將會為我國工程建設(shè)帶來許多的便利，我們應(yīng)了解其基本知識，并對其加以科學(xué)、合理的應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 王偉，工程機械的智能趨勢和發(fā)展對策，現(xiàn)代高速[J]，2017，（05）.