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。基于CAN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(chē)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).
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[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。
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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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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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