論機械設計制造及自動化在地質工程中的應用

宋偉龍，師 磊

（江西省地質局261大隊，江西 鷹潭 335000）

現代技術的不斷發展帶動了不同行業的優化速度，其中機械制造也就是受其影響最為明顯的行業之一。在傳統的地質工程中，由于地質條件的差異化以及施工環境的限制，工程進度的可控性較低，受施工技術的限制，部分施工的進展相對緩慢，其施工質量較低，這就對整個項目工程的質量產生極大的影響。而現代化技術的發展使得機械具有了更高的施工效果，對于部分施工難度較大的工段，使用機械代替人工的方式可以有效解決其面臨的問題。在不斷發展的機械設計制造及自動化技術下，其在地質工程中的應用范圍也越來越重要。為此，全面研究其應用方式及價值是十分必要的。

基于此，本文提出論機械設計制造及自動化在地質工程中的應用研究。首先研究了近些年來其發展趨勢，以此為基礎，研究其在地質工程中的應用價值，最后分析了其應用優勢。通過本文的分析，以期為促進地質施工中機械設計制造及自動化技術的應用提供有價值的參考。

1 機械設計制造及自動化技術發展分析

1.1 應用多元化

隨著計算機技術在械設計制造行業的滲透逐漸增強，機械設計制造及自動化技術呈現出明顯的多元化方向趨勢，機械設計制造及自動化的應用在智能化和可編程控制化方向的演變越發明顯。其中最為明顯的就是工業機器人的出現，其不僅在操作精度上遠高于人工施工，在施工效率上也具有明顯的優勢。依托計算機技術、傳感技術等多元信息技術，機械設計制造及自動化的各環節都更加個性化，可以通過系統控制適應不同施工環境和施工要求，這樣為其在更多領域的應用提供了良好基礎[1]。除此之外，不僅在技術方面實現了高速發展，與之配套的，機械設計制造及自動化的管理模式也不斷優化升級，在科學技術與管理模式的協同配合下，機械設計制造及自動化領域實現了多元化的應用。

1.2 經濟價值持續增長

經濟價值是推動機械設計制造及自動化技術不斷發展的核心動力，只有在創造價值的前提下，研發才有價值，應用才有空間。近些年，在機械制造行業不斷創新與改革的背景下，其實現了在不同行業間的滲透，并取得了良好的經濟效益。其中，表1為近5年來機械設計制造與自動化行業的產值變化情況。

表1 機械設計制造與自動化行業的產值變化統計表

從表1中可以看出，近些年來機械設計制造及自動行業的產值呈現出逐年遞增的趨勢，2019年和2020年的產值增幅出現了小幅下降，這是因為近兩年的技術發進行入高峰期，投入的成本和行業競爭都明顯提高，對技術的研究深度與理論基礎的分析精度都達到了更高水平，挖掘了其在不同領域的更多可能。因此，之后的行業產值也將具有更大的應用空間。

2 機械設計制造及自動化在地質工程中的應用

2.1 自動測量

機械設計制造及自動化在地質工程中最重要的作用就是對地質環境的測量。應用最為廣泛的就是遙感技術結合GPS定位技術，實現對施工環境及周圍相關地質數據的采集，與傳統方法相比，其具有更高的精度和效率。通過計算機控制遙感技術的數據采集范圍，并將采集到的信息對應到三維地圖的目標位置中，遙感技術高密度的信息采集點決定了最后輸出的測量結果具有更高的精度[2]。圖1為采用遙感技術采集施工環境地質信息的方法。

圖1 為基于遙感技術的施工環境地質信息采集方法

同時這種測量方式僅需遠程對采集設備進行控制即可實現，不僅大大節省了人工成本，也可以有效避免地面不同因素干擾對數據采集造成的影響，減少了測量過程中的人力、物力消耗。以此為基礎，在施工階段可以通過GPS技術對目標施工位置的地質數據進行高速提取，全面地信息也為后續的施工方式選擇提供了重要的決策支撐。

2.2 自動挖掘

地質施工中最主要的環節之一就是挖掘作業，由于施工條件的限制，不僅在人力資源上的消耗較大，而且對施工人員的要求也相對較高，一般情況下，需要在挖掘過程中定期停工，對地質環境的安全性作出進一步分析，這就直接導致施工進度的推進較為緩慢，而機械設計制造及自動化技術可以省去人工在挖掘施工地內駐留時間，大大提高施工的安全性[3]。圖2為自動挖掘設備的施工方法。

圖2 基于自動控制的挖掘作業方法

同時結合上文得到的地質信息，可以實時對施工環境的安全狀況作出評價，減少了停工的時間，對于施工進程的順利推進具有積極作用，其次，機械代替人工的施工方式也減少了對相關挖掘技術人員的需求量，間接降低了施工的資金成本。

3 機械設計制造及自動化的技術優勢分析

3.1 減少人力資源需求量

在地質施工中應用機械設計制造及自動化技術最明顯的優勢就是減少了對人力資源的需求量，除此之外，對于一些危險系數較高或施工難度較大的項目，其可以在最大限度上確保人員安全。通過編程方式，對機械自動化技術的運作方式進行控制，這不僅使其具有更高的施工精度，同時操作人員也得到一定解放。而這種不以人為主要施工對象的施工方式也在不影響施工進度的前提下，極大地降低了對人力資源的需求。

3.2 提高施工位置定位精度

機械設計制造及自動化技術通過現代技術實現了高精度的施工位置定位，避免了傳統人力定位過程中由于種種因素帶來的誤差。將機械自動化技術得到的位置定位結果結合工程施工的整體布局輸入到計算機編程中，其就可以根據施工不同階段對信息的需求反饋出個性化的地質信息。其次超聲波技術在機械設備中的應用也使得定位的精度更加準確，在實現高效性的同時，僅通過簡單的傳感設備就可以完成對目標位置的信息采集[4,5]。

3.3 優化施工管理效率

機械設計制造及自動化技術將地質施工環境由人為主導逐漸轉向為機械為主導，隨著施工現場人員數量的減少，對應的管理工作也更加簡單，對于施工效率的控制也更加輕松，只需要對設備的數量、運轉速度、時間進行相應的調整即可。除此之外，與人員管理工作相比，機械設備更加便于統一管理，這樣就減少了在機械管理過程中的問題，通過計算機網絡就可以實現對所有設備的統一化管理，對于提高施工現場秩序性具有明顯的提升作用，而這也是確保施工順利完成，施工質量符合標準的重要基礎。

4 結語

地質工程的施工環境越來越廣泛，因此施工條件也呈現出多樣化的趨勢，在此背景下，對于施工進展產生的影響是極為明顯的。為了適應這種變化，將現代技術應用于地質工程中已經成為了一種主流發展方向。本文提出了機械設計制造及自動化在地質工程中應用研究，以期為地質工程中機械設計制造及自動化技術的應用提供有價值的參考，為推進相關研究在項目施工中的深化提供新的思路。