智能化工程機械的關鍵技術探討

劉勁威

摘 ?要：隨著工業發展的質量和要求不斷提高，要求實現高可靠性、安全性、高精度、智能化的目標，智能化工程機械是未來發展的趨勢，而關鍵技術是核心部分，文章研究國內外智能化工程機械發展的現狀，并探討相關的關鍵技術，為相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：智能化;工程機械;關鍵技術

中圖分類號：TU85 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0007-02

計算機信息技術的發展推動著各領域的進步，工業領域更是如此，工業自動化是時代發展的大勢，自動化工程機械包括可編程控制工程機械、遙操作工程機械和智能化工程機械三大部分，各部分存在著功能的差別，但同時也有一定的聯系，可編程控制工程機械通過編制程序完成各種任務，但是如果外部的環境和工藝改變，需要重新編程，耗時耗力;遙操作工程機械常用于人工無法完成的區域或高危區域，如核輻射環境、高溫、高壓、深水等區域;智能化工程機械無須人工參與，通過傳感器獲取各種信息，實現自我感知、決策、控制的功能，雖然目前還處于初期探索階段，但是由于此類技術能夠實現控制的自動化、智能化、人性化等特點，功能強大，具有廣闊的前景。

1 ?智能化工程機械的發展現狀

自動化工程機械的特點是高可靠性、安全性與精確性，自動化工程機械是重要的控制系統，但是這一市場幾乎被國外公司壟斷，如德國的西門子和力士樂，日本的三菱和Hitachi，芬蘭的EPEC等。自動化工程機械的發展逐漸面向人性化和網絡化，相較于以往的工作方式，自動化工程機械的控制要實現便捷、高效、人性等目標，不僅強調本地功能的控制，還要實現遠程網絡通訊，方便進行交互和工作調度。基于CAN總線的工程機械網絡化控制如圖1所示，該系統由操作界面、電液控制系統、輔助控制器等組成，基于CAN的網絡化工程機械控制系統，分工明確但又相互協作，能實現自動控制、人機交互和遠程通訊等功能。

而隨著自動化工程機械發展的深入，智能化成為重要的發展方向，尤其是新的傳感器和控制器的出現，并在結合GPS等先進技術，引入了新的內涵，如車輛定位、挖掘機鏟斗角度的定位等，為工程機械的施工提供了新義。我國在智能工程機械的研究和應用都處于起步階段，如三一重工、徐州重工、天津工程機械研究院等取得了比較大的成績，以道路建設施工機械為例，實現了智能化的研究，如裝載機、攤鋪機等系統，實現了系統化的作業施工，掌握了機群智能化設計和制造技術，但實際應用還有待進一步論證。

2 ?智能化工程機械關鍵技術的研究

2.1 ?智能化機群技術的研究

本文基于路面施工來進行拓展，施工以智能化機群為基礎，可以實現施工的全過程控制，是一種系統化的生產流水作業，工作的環境比較多變，要根據機群的配置和實際的施工環境進行規劃，取得最佳的工程質量和最優的工作效率。傳統的集中控制不能完全滿足施工的需要，尤其是面對長線路的施工時，要實時動態的反映施工信息，利用網絡化和分布式的智能化控制技術來掌握相關的信息，具有及時性好、控制精確的特點。分布式人工智能有多主體系統和分布式問題求解，多主體系統研究系統機械主體之間的協調關系，如何實現各工程機械的融合銜接，減少不必要的沖突，經過有效的綜合規劃之后，各工程機械主體可以發揮各自的優點，在多個知識共享、合作的模塊上進行研究。分布式人工智能技術在許多行業已經取得了積極的成果，如交通、建筑等領域，正走向商業化的應用，此類系統的應用具有無人化、控制精確化等特點，已經運用于制造、交通、建筑和商業等領域，如控制工程機械施工管理過程，提出了多智能體工程預算方法。分布式人工智能技術在工程機械領域的應用取得了非常好的效果，其關鍵在于：每個主體的智能都比較簡單，當協調工作，各個工程主體雖然參加的工作不復雜，但是綜合起來可以完成十分復雜的任務，本文著重于研究智能化機群技術，以下進行闡述。

2.1.1 ?基于多智能體控制的施工體系研究

傳統的施工大多是單項操作，各單位的銜接耗費的時間長，而生產的效率也不太高。多智能控制的施工體系可以將各單元進行融合，構建內部的求解模式，對信息進行綜合分析，然后分配，以整合整個施工的流程，不但減少了銜接的時間沖突，而且能實時的調節，具有高效的特點，還能節約資源。

2.1.2 ?信息流集成模型的研究

機群施工過程控制中智能控制單元可以相互協調，將物料流和信息流聯系起來，每一智能控制單元施工的目的不同，其信息流有很大的區別，建立完善的信息流能夠實現智能化的控制。

2.1.3 ?人機共棲的智能主體研究

機群施工作業過程中人的參與十分重要，要充分發揮智能工程機械解決問題與人指揮的能力，實現人機之間的交互，發揮各自的優勢，取得最佳的協同作業效果。

2.1.4 ?多智能主體鐵桶決策系統的研究

協同決策是考慮多個主體參與的決策過程，由于智能控制體的對象、方案和功能存在一定的矛盾，因而沖突的識別和消解是協同設計可以解決關鍵的問題。

2.2 ?單機集成化操作與智能控制技術

單機集成化的操作融合之后就形成了智能化的機群，其包含的內容也十分的廣泛，主要有機電一體化、液壓控制、無人操作、可編程等技術，這些技術經過融合之后形成一個整體的系統，可以實現機群化的作業。智能技術改善了機械的性能，提升其工作的穩定性和可靠性，不但極大地減少了人工的參與，同時還提升了安全性。

工程機械控制與電液式的自動換擋技術具有兼容的優點，是目前工程機械電液一體化的重要發展方向。無人駕駛技術也是工程機械的一個發展方向，就需要帶有遙控裝置和特定的施工作業環境中，采用位置誘導原理和定向導航技術，依托自身機械操作、監控反饋系統、無線/有線通信，通過計算機控制和自行判斷技術，無人操作的工程技術正逐步得到應用。

2.3 ?智能監控、檢測、預報、遠程故障診斷和維護技術

智能化的工程機械可以實現動態的監控、檢測、預報等功能，在作業的過程中，克服各種施工因素的影響，實現無人化的精確控制，這對于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動力的使用，更加精確合理，但是此類工程機械對傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實現融合，可以進行信息的集中處理，包括信息融合、數據融合以及二者的結合，從多個信息源得到數據，獲得質量更高的信息。相較于西方發達國家，我國的智能化工程技術的發展比較落后，尤其是在傳感器技術方面，大大落后于世界領先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進，制約了我們研制完全自主知識產權智能化工程機械的發展。

2.4 ?智能化工程機械發展中存在的問題

雖然先進的技術一直被應用到智能化工程機械中，但是在發展中的融合問題比較突出，應用的實際經濟效益也有待考察。智能化工程機械走向人性化、智能化的方向是大勢所趨，但在這個大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問題，主要存在幾個方面的問題：

①關鍵元件的問題，目前各大廠商的關鍵元件都以來進口，如智能監控系統中的顯示單元與核心處理單元。

②系統硬件結構問題，智能化工程機械的硬件結構非常復雜，影響系統的可靠性與穩定性。

③軟件開發期問題，許多智能化工程機械的軟件并不是定制的，在使用的過程中存在一定的沖突，并且難以根據實際的使用需要進行調整。

④系統功能的擴展問題，智能化工程機械的功能一直在擴展，但是要擴展系統的功能需要進行論證和試驗，減少各功能之間的影響，當整個系統的資源有限時，要進行重新設計。

⑤工程機械維修存在的問題，智能化工程機械缺乏專業的維修企業，并且沒有形成法律法規，無據可依，具有很大的局限性。

3 ?結 ?語

智能化工程機械是自動化工程機械的重要組成部分，也是未來的發展方向，因而研究智能化工程技術的發展現狀和關鍵技術，并對發展中存在的問題進行研究分析，有利于消解當前的局限，論文結合筆者的研究經驗作簡要的論述，以期為相關的研究提供參考。

參考文獻：

[1] 史忠植.智能主體及其應用[M].北京：科學出版社，2001.

[2] 魏洪興，王田苗，陳殿生.智能化工程機械及其關鍵技術研究[J].工程機械，2004，（5）.

[3] 郭英訓.工程機械裝備智能化系統研究[J].建設機械技術與管理，2014，（3）.

[4] 馬鑄，李鎖云，張文明，等.機群智能化工程機械體系結構和關鍵技術[J].農業機械學報，2003，（9）.

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

[6] 姜佑明.淺談工程機械智能化系統中的關鍵技術和問題[J].山西建筑，2011，（6）.

[7] 劉翥寰.智能化工程機械機群狀態監測與故障診斷系統研究[D].天津：天津大學，2005.

[8] 陶國強，胡斌，何克忠，等.機群智能化工程機械系統圖形界面設計[J].計算機工程與應用，2003，（36）.

2.3 ?智能監控、檢測、預報、遠程故障診斷和維護技術

智能化的工程機械可以實現動態的監控、檢測、預報等功能，在作業的過程中，克服各種施工因素的影響，實現無人化的精確控制，這對于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動力的使用，更加精確合理，但是此類工程機械對傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實現融合，可以進行信息的集中處理，包括信息融合、數據融合以及二者的結合，從多個信息源得到數據，獲得質量更高的信息。相較于西方發達國家，我國的智能化工程技術的發展比較落后，尤其是在傳感器技術方面，大大落后于世界領先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進，制約了我們研制完全自主知識產權智能化工程機械的發展。

2.4 ?智能化工程機械發展中存在的問題

雖然先進的技術一直被應用到智能化工程機械中，但是在發展中的融合問題比較突出，應用的實際經濟效益也有待考察。智能化工程機械走向人性化、智能化的方向是大勢所趨，但在這個大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問題，主要存在幾個方面的問題：

①關鍵元件的問題，目前各大廠商的關鍵元件都以來進口，如智能監控系統中的顯示單元與核心處理單元。

②系統硬件結構問題，智能化工程機械的硬件結構非常復雜，影響系統的可靠性與穩定性。

③軟件開發期問題，許多智能化工程機械的軟件并不是定制的，在使用的過程中存在一定的沖突，并且難以根據實際的使用需要進行調整。

④系統功能的擴展問題，智能化工程機械的功能一直在擴展，但是要擴展系統的功能需要進行論證和試驗，減少各功能之間的影響，當整個系統的資源有限時，要進行重新設計。

⑤工程機械維修存在的問題，智能化工程機械缺乏專業的維修企業，并且沒有形成法律法規，無據可依，具有很大的局限性。

3 ?結 ?語

智能化工程機械是自動化工程機械的重要組成部分，也是未來的發展方向，因而研究智能化工程技術的發展現狀和關鍵技術，并對發展中存在的問題進行研究分析，有利于消解當前的局限，論文結合筆者的研究經驗作簡要的論述，以期為相關的研究提供參考。

參考文獻：

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[8] 陶國強，胡斌，何克忠，等.機群智能化工程機械系統圖形界面設計[J].計算機工程與應用，2003，（36）.

2.3 ?智能監控、檢測、預報、遠程故障診斷和維護技術

智能化的工程機械可以實現動態的監控、檢測、預報等功能，在作業的過程中，克服各種施工因素的影響，實現無人化的精確控制，這對于某些工期比較緊張的施工十分有效，可以提高精度，并減少勞動力的使用，更加精確合理，但是此類工程機械對傳感器的依賴非常明顯。各類傳感器的功能實現融合，可以進行信息的集中處理，包括信息融合、數據融合以及二者的結合，從多個信息源得到數據，獲得質量更高的信息。相較于西方發達國家，我國的智能化工程技術的發展比較落后，尤其是在傳感器技術方面，大大落后于世界領先水平，高可靠性的壓力、溫度、速度、加速度等傳感器只能依靠引進，制約了我們研制完全自主知識產權智能化工程機械的發展。

2.4 ?智能化工程機械發展中存在的問題

雖然先進的技術一直被應用到智能化工程機械中，但是在發展中的融合問題比較突出，應用的實際經濟效益也有待考察。智能化工程機械走向人性化、智能化的方向是大勢所趨，但在這個大方向的前提下，也需要解決一些棘手的問題，主要存在幾個方面的問題：

①關鍵元件的問題，目前各大廠商的關鍵元件都以來進口，如智能監控系統中的顯示單元與核心處理單元。

②系統硬件結構問題，智能化工程機械的硬件結構非常復雜，影響系統的可靠性與穩定性。

③軟件開發期問題，許多智能化工程機械的軟件并不是定制的，在使用的過程中存在一定的沖突，并且難以根據實際的使用需要進行調整。

④系統功能的擴展問題，智能化工程機械的功能一直在擴展，但是要擴展系統的功能需要進行論證和試驗，減少各功能之間的影響，當整個系統的資源有限時，要進行重新設計。

⑤工程機械維修存在的問題，智能化工程機械缺乏專業的維修企業，并且沒有形成法律法規，無據可依，具有很大的局限性。

3 ?結 ?語

智能化工程機械是自動化工程機械的重要組成部分，也是未來的發展方向，因而研究智能化工程技術的發展現狀和關鍵技術，并對發展中存在的問題進行研究分析，有利于消解當前的局限，論文結合筆者的研究經驗作簡要的論述，以期為相關的研究提供參考。

參考文獻：

[1] 史忠植.智能主體及其應用[M].北京：科學出版社，2001.

[2] 魏洪興，王田苗，陳殿生.智能化工程機械及其關鍵技術研究[J].工程機械，2004，（5）.

[3] 郭英訓.工程機械裝備智能化系統研究[J].建設機械技術與管理，2014，（3）.

[4] 馬鑄，李鎖云，張文明，等.機群智能化工程機械體系結構和關鍵技術[J].農業機械學報，2003，（9）.

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

[6] 姜佑明.淺談工程機械智能化系統中的關鍵技術和問題[J].山西建筑，2011，（6）.

[7] 劉翥寰.智能化工程機械機群狀態監測與故障診斷系統研究[D].天津：天津大學，2005.

[8] 陶國強，胡斌，何克忠，等.機群智能化工程機械系統圖形界面設計[J].計算機工程與應用，2003，（36）.