機械智能化技術實現(xiàn)分析

【摘 要】 多智能主體技術是人工智能領域的最新成果之一，應用它來進行工程機械的機群智能化，可提高機群整體的智能化水平。

【關鍵詞】 筑路 機械

Abstract ： The paper mainly discusses the realization of the mechanical intelligent technology.

1.筑路機械機群智能化的多智能主體系統(tǒng)基礎

1.1筑路機械機群系統(tǒng)混雜分層結構

高等級路面施工機群主要由以下5種機械設備組成：瀝青拌合設備、攤鋪機、振動壓路機、裝載機和自卸車。由于是路面施工，這些設備的工作環(huán)境以高噪聲、高振動、受天氣狀況影響大等為特點。而且，結合現(xiàn)階段工程實際，要盡量控制機群智能化所需成本，否則，將會降低施工企業(yè)對機群智能化改造的接受程度。

當前的筑路工程中，主要靠人工指揮，機械由人工操作，存在著如下弊端：資源配置不夠合理；施工信息交換量小，實時性差；易出現(xiàn)物料斷流或積壓（因為物料具有實效性，所以造成極大浪費）；能耗大，生產(chǎn)率低。

當前的筑路工程中，主要靠人工指揮，機械由人工操作，存在著如下弊端：資源配置不夠合理；施工信息交換量小，實時性差；易出現(xiàn)物料斷流或積壓（因為物料具有實效性，所以造成極大浪費）；能耗大，生產(chǎn)率低。

1.2機群系統(tǒng)中的多智能主體系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)中的智能主體可分為兩類：一類是動作執(zhí)行智能主體，即各單機智能主體；另一類是控制智能主體，包括中央智能控制主體及其他控制主體。

該系統(tǒng)中，各智能化單機（包括智能化拌和機、攤鋪機、壓路機、自卸車等）構成了系統(tǒng)的底層。單機本身具有一定的智能和自主權，在一定范圍內(nèi)控制自身運行狀態(tài)。同時，這些單機都要受上層智能控制主體的控制。上層智能控制主體可按照其職能劃分為5個：中央控制智能主體，混合料拌和智能主體，混合料運輸智能主體，混合料攤鋪智能主體和道路壓實智能主體。中央主體處于最高層，有最大的權限，其他智能主體處于第二層，負責各自的專項工作，有相對的局部權限，這是與工程實際相對應的。中央控制智能主體負責監(jiān)督、協(xié)調(diào)工程現(xiàn)場，綜合現(xiàn)場的各種信息，為工程指揮提供決策支持，并負責對工程指揮的決策進行解釋和任務分配。混合料拌和智能主體指揮拌和機完成混合料的拌和，并指揮裝載機組協(xié)同完成工作。

中央控制主體是機群系統(tǒng)的核心，用于協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運作。包括如下主要功能：

1.2.1任務規(guī)劃調(diào)度，負責管理所有任務的內(nèi)容，進展狀態(tài)，性質(zhì)，合作者情況等信息，根據(jù)當前所有任務的級別和調(diào)度規(guī)則，形成任務調(diào)度隊列。

1.2.2協(xié)調(diào)控制中心負責協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的運行，是實現(xiàn)人-機交互的主要功能模塊，同時還解決協(xié)作過程中的沖突和矛盾，具有應變意外情況的能力。在中央控制主體中構建了知識庫系統(tǒng)作為決策支持。

1.3采用多智能主體設計機群系統(tǒng)的優(yōu)點 1.3.1分布式智能。將一個復雜的筑路任務通過分布式智能主體分解為有限復雜程度的多個了任務，由中央主體、拌和主體、運輸主體、攤鋪主體和壓實主體這5個主體各自負擔相應的子任務，充分發(fā)揮各個主體的功能與能動性，減輕了中央主體的工作負擔與控制的復雜程度。同時，由于各個主體也進行了智能化，提高了對環(huán)境的適應性。在傳統(tǒng)的集中控制方式中，中央控制系統(tǒng)由于承擔了所有的控制工作，往往功能十分復雜，設計與實施時都需要耗費大量的人力物力。系統(tǒng)的風險也集中在中央控制系統(tǒng)，可靠性要求高，成本史是成倍提升。通過多智能主體設計，將系統(tǒng)的智能分布到各個主體上，實現(xiàn)了分布式智能，簡化了中央控制。

1.3.2容錯性。由于各個主體具有不同等級的決策權限，并依據(jù)其決策權限等級來共享機群系統(tǒng)的信息，單個主體的出錯不會造成整個系統(tǒng)的失控。即使中央主體出故障，機群其他部分還可以獨立完成當前任務的作業(yè)。在筑路施工過程中，由于環(huán)境惡劣，系統(tǒng)出現(xiàn)故障在所難免。例如設備保障、通訊故障、電力供應故障以及人為錯誤等，都是施工現(xiàn)場現(xiàn)實存在的問題。當中央主體出現(xiàn)故障，發(fā)出錯誤指令時，下級控制主體可對本地的局部信息和系統(tǒng)共享信息進行綜合，對這個錯誤指令向中央主體發(fā)出疑問，處理主體故障。

1.3.3高可靠性。由于實現(xiàn)了功能的分布化，提高了整個機群系統(tǒng)的可靠性。機群中的各個主體具有相對獨立性，自行其是，單機智能主體或者單個控制主體的故障不會造成全局失控。特別是中央主體一旦失效，其他智能控制主體可以通過相互間的通訊和協(xié)調(diào)，在一定時間內(nèi)保證施工的正常進行。這一點，集中控制方式的機群系統(tǒng)根本無法實現(xiàn)，因為它的中央控制系統(tǒng)一旦失效就全局癱瘓了。

1.3.4高效率。強調(diào)機群系統(tǒng)的交互性和協(xié)作性，有利于提高機群系統(tǒng)的工作效率，降低能耗，節(jié)省物料，從而降低整個施工的成本。

2.筑路機械機群智能化系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1筑路機械機群多智能主體系統(tǒng)的實現(xiàn) 各主體間的通訊網(wǎng)絡。通訊網(wǎng)絡的實施是主體間信息共享與交換的基礎。物理實現(xiàn)以無線通訊為主，采用自建的微波通訊系統(tǒng)或者GSM/GPRS短信系統(tǒng)，保證各主體間信道的暢通。網(wǎng)絡拓撲采用網(wǎng)狀結構，在本系統(tǒng)的5個控制主體之間均存在獨立的數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)信息的交換與共享。

各智能主體的決策推理機設計與功能定義。包括多主體的協(xié)同決策模式研究，各智能主體的決策規(guī)則，中央智能控制主體和各智能控制主體在決策樹中所處的地位以及各自的權限分配。

管理層指令的基于多智能主體的分布式計算求解的算法，就是怎樣把管理層下達的一個筑路任務分解并分配給相應的智能主體，形成任務調(diào)度序列，由中央智能控制主體居中協(xié)調(diào)，共同完成施工任務，實現(xiàn)施工調(diào)度的優(yōu)化。

2.2筑路機械各單機智能主體的實現(xiàn)

主要采用人-機共棲模式的智能主體形式，核心是研究“人-機”協(xié)調(diào)決策的方法。

由于各機種的自動化程度不同，人在決策中參與的程度也就有所區(qū)別。實現(xiàn)的要點在于：

2.2.1主體對象的定義，包括單機的功能、屬性、需要檢測的信息等。

2.2.2主體的定位方式，主體之間通訊方式與主體內(nèi)部異構通訊協(xié)議的集成，包括主體間的通訊方式，主體內(nèi)部各子系統(tǒng)的通訊，以及二者間的交互。

2.2.3對應各機種的知識庫，確定最優(yōu)工藝路線與參數(shù)，并集成于各智能主體。

2.2.4最終建立各單機智能主體的智能決策控制體系。

3.基于多智能主體的機群智能化技術的實施路線

當前，國內(nèi)外的工程機械廠商已經(jīng)推出了全系列的智能化的單機，單機智能化的技術己經(jīng)成熟了。但是，這樣的智能單機還不能直接應用到智能化的機群之中，需要添加通訊設備和智能主體控制裝置。因此，實施基于多智能主體的機群系統(tǒng)的最好方式是：充分利用國內(nèi)外現(xiàn)有的工程機械單機智能化技術，將機群智能化技術作為獨立的專有技術開發(fā)，作為單機的智能主體可以兼容國內(nèi)外主要廠商的產(chǎn)品。

另外，采用開放式的開發(fā)方式，可成立機群智能化的標準化組織，定義當前的智能單機改造成單機智能主體所需提供的外部接口，由各個廠商作為組織成員提供，這樣既保護了各自的知識產(chǎn)權，又帶動了我國工程機械行業(yè)的科技進步，有利于將機群智能化標準樹立為在我國實現(xiàn)的國際工程技術標準。

（作者單位：樺川縣道路運輸管理站）