自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

買詠平

（寧夏青龍塑料管材有限公司，寧夏 銀川 750021）

機(jī)械自動(dòng)化是根據(jù)技術(shù)人員嵌入的預(yù)設(shè)執(zhí)行程序進(jìn)行識(shí)別對(duì)象而作業(yè)一種過(guò)程。目前，中國(guó)社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，這不僅僅包括家庭電氣的自動(dòng)化，還包括工作環(huán)境中機(jī)械的自動(dòng)化，通過(guò)機(jī)械智能自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)，而作業(yè)人員只需要簡(jiǎn)單地操作機(jī)械，維持正常運(yùn)作就可以，如此，機(jī)械自動(dòng)化可以有效減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，節(jié)約成本，還能提高建筑工程的施工質(zhì)量[1]。由于施工人員以前都是手持施工用具進(jìn)行施工，器械過(guò)于簡(jiǎn)陋，所有的施工重?fù)?dān)都落在施工人員肩上，這會(huì)導(dǎo)致職工勞累過(guò)度，甚至有些建筑項(xiàng)目管理者為了趕項(xiàng)目進(jìn)度，讓職工連夜勞作，職工的精力就會(huì)下降，出現(xiàn)施工質(zhì)量問(wèn)題或工地安全施工問(wèn)題也不足為奇，而自動(dòng)化施工用具就可以很好地減輕施工人員的負(fù)擔(dān)，只要機(jī)器性能良好，就可以不間斷的施工，并且施工質(zhì)量也不會(huì)因?yàn)樽鳂I(yè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而變差。目前，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)在建筑行業(yè)開(kāi)始得到應(yīng)用，大量的實(shí)踐也說(shuō)明了自動(dòng)化器械不但能縮短施工時(shí)間，確保施工質(zhì)量，還能保障施工人員的安全，減少施工事故的發(fā)生，推進(jìn)中國(guó)建筑行業(yè)蓬勃健康發(fā)展。

1 機(jī)械工程自動(dòng)化的重要意義

在機(jī)械工程中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)能夠有效推動(dòng)中國(guó)的機(jī)械制造發(fā)展，同時(shí)還能提高機(jī)械的生產(chǎn)水平。當(dāng)時(shí)，許多企業(yè)都開(kāi)始運(yùn)用機(jī)械自動(dòng)化和智能化系統(tǒng)，將它們結(jié)合起來(lái)運(yùn)用，可以提升企業(yè)生產(chǎn)能力，促進(jìn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在很短的時(shí)間內(nèi)，人們生活質(zhì)量的提高離不開(kāi)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展。對(duì)于國(guó)家制造業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)械制造業(yè)是很重要的一部分，隨著發(fā)展，挑戰(zhàn)也越來(lái)越大，跟國(guó)際的制造業(yè)水平比較，中國(guó)還有很大的上升空間[2]。工程制造業(yè)和工業(yè)有緊密的關(guān)系，工業(yè)能夠推動(dòng)中國(guó)在國(guó)際的地位，當(dāng)前，一部分的生產(chǎn)廠家已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械工程中的重要性。自動(dòng)化技術(shù)不僅能夠推動(dòng)生產(chǎn)的水平，還能夠提高機(jī)械制造的效率。同時(shí)，智能化的發(fā)展讓中國(guó)的工業(yè)技術(shù)能力邁上了新臺(tái)階，當(dāng)時(shí)，中國(guó)絕大多數(shù)的機(jī)械制造企業(yè)在生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，不僅會(huì)運(yùn)用到自動(dòng)化的技術(shù)，智能化技術(shù)也會(huì)同時(shí)運(yùn)用。所以智能化和自動(dòng)化技術(shù)是中國(guó)機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，智能化技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中可以把發(fā)生失誤的概率降低，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，還能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行處理，為中國(guó)機(jī)械制造工程作出了一定的貢獻(xiàn)。

2 機(jī)械自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 位置導(dǎo)向功能

在建筑施工工程中，作業(yè)人員可以通過(guò)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)和位置誘導(dǎo)技術(shù)，讓大型施工機(jī)械按照已設(shè)定的施工路徑進(jìn)行施工，如此，可以大大減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，并且能有效控制施工質(zhì)量。如若施工器械在作業(yè)過(guò)程中逐漸偏離了自己的軌道，安裝在器械上的傳感器就會(huì)檢測(cè)到機(jī)械位置軌跡有錯(cuò)誤，控制中心就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)糾正機(jī)械的位置、方向、行駛速度等等，讓其回到自己的作業(yè)預(yù)設(shè)路線，而且傳感器是實(shí)時(shí)進(jìn)行位置監(jiān)測(cè)，一旦有所偏側(cè)，調(diào)整過(guò)程就會(huì)瞬間發(fā)生，并不會(huì)導(dǎo)致施工錯(cuò)誤[3]。

2.2 位置辨別功能

在建筑施工工程中，機(jī)械的自身位置識(shí)別功能是極為關(guān)鍵的技術(shù)，它能對(duì)自身位置進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別，為其他作業(yè)活動(dòng)提供有效精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，也是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控機(jī)械或是機(jī)械自動(dòng)作業(yè)的基礎(chǔ)。位置辨別功能分為外部位置識(shí)別和內(nèi)部位置識(shí)別，前者是通過(guò)預(yù)設(shè)位置為基準(zhǔn)，然后利用電磁波測(cè)距，對(duì)其他器械進(jìn)行定位，從而識(shí)別各個(gè)作業(yè)機(jī)械的位置，而后者則是利用速度傳感器和回轉(zhuǎn)式角傳感器，對(duì)行駛的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后通過(guò)控制系統(tǒng)的精確計(jì)算，從而判斷出作業(yè)機(jī)械的位置。

2.3 機(jī)群控制功能

在建筑施工工地上，一般都會(huì)有多個(gè)工種機(jī)械同時(shí)施工，即使是同一個(gè)工種也會(huì)有多個(gè)機(jī)械，為了提升各個(gè)機(jī)械的配合度和施工效率，可以利用機(jī)群控制系統(tǒng)對(duì)工地上的施工機(jī)械進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)配[4]。這就需要機(jī)群控制系統(tǒng)收集各個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如位置信息、作業(yè)任務(wù)、機(jī)體的運(yùn)行狀態(tài)等等一些信息，然后傳輸?shù)綑C(jī)群控制平臺(tái)，經(jīng)過(guò)中央控制系統(tǒng)科學(xué)的計(jì)算，合理調(diào)配各個(gè)施工機(jī)械，并發(fā)布合理的任務(wù)，增強(qiáng)施工器械的利用率，保障各個(gè)機(jī)械協(xié)調(diào)運(yùn)作。

2.4 施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理功能

在施工現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境異常復(fù)雜，不穩(wěn)定因素較多，施工人員的人身安全也面臨著諸多的考驗(yàn)，而且施工現(xiàn)場(chǎng)都是各種各樣的施工設(shè)備協(xié)同作業(yè)，一旦某個(gè)機(jī)械出現(xiàn)了故障，也會(huì)引起安全隱患。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理極為關(guān)鍵，每個(gè)機(jī)械設(shè)備都應(yīng)該具有感知障礙物的基本功能。一般自動(dòng)化的機(jī)械自身都具備多種傳感器，用來(lái)識(shí)別施工環(huán)境中的各種情況，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)，然后進(jìn)行虛擬模擬仿真計(jì)算，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)超出了預(yù)設(shè)的參考值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)控制施工設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，避免危險(xiǎn)，或是提醒操作人員有危險(xiǎn)隱患，進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整，從而有效對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全進(jìn)行維護(hù)。

2.5 作業(yè)對(duì)象識(shí)別功能

施工機(jī)械在進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，還需要具備識(shí)別作業(yè)對(duì)象的功能，才能進(jìn)行施工操作。此項(xiàng)功能也是利用傳感技術(shù)，收集機(jī)身周圍的實(shí)際情況信息，然后利用圖形信息技術(shù)處理，識(shí)別出需要處理的對(duì)象。例如，挖掘機(jī)可以利用此項(xiàng)功能，識(shí)別出巖石、土方等一些實(shí)物，進(jìn)而進(jìn)行精準(zhǔn)作業(yè)。

3 機(jī)械自動(dòng)化在建筑工程中應(yīng)用

以上提到了一些自動(dòng)化機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)，如今，也開(kāi)始應(yīng)用到了施工機(jī)械上面。其中主要是利用傳感器收集機(jī)械所處環(huán)境的信息，然后利用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，將圖形、聲波、電磁波信息轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)值信息，然后進(jìn)行編程計(jì)算，控制機(jī)械基本動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)施工自動(dòng)化過(guò)程。筆者將介紹以下4 種機(jī)械自動(dòng)化施工應(yīng)用。

3.1 自動(dòng)化壓路機(jī)

在建筑施工作業(yè)過(guò)程中，壓路機(jī)可以結(jié)合傳感器技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工，從而大大減少人力成本，發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化壓路機(jī)可以利用水平測(cè)量?jī)x和紅外線測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的測(cè)量和分析，實(shí)時(shí)收集機(jī)身周圍信息，再利用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸給中心控制平臺(tái)，計(jì)算機(jī)將得到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算過(guò)后，就會(huì)自動(dòng)發(fā)布下一條指令，操縱壓路機(jī)自動(dòng)作業(yè)。結(jié)合了世界的前沿科技力量，自動(dòng)化壓路機(jī)主要是向著無(wú)人化、智能化的終極目標(biāo)發(fā)展。傳統(tǒng)的壓路機(jī)通過(guò)與自動(dòng)化科技的結(jié)合，能對(duì)施工任務(wù)精準(zhǔn)把握，并能高效地完成任務(wù)，操作員會(huì)有休息的時(shí)間，但是自動(dòng)化壓路機(jī)只要擁有足夠的能源，就能不間斷地作業(yè)，大大縮短了施工周期[5]。

3.2 自動(dòng)化挖掘機(jī)

傳統(tǒng)的挖掘機(jī)可以利用激光自動(dòng)挖掘系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其中激光檢測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)車體的高度和作業(yè)面的實(shí)際情況，然后再將數(shù)據(jù)參數(shù)信息傳送到掘削系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算和模擬，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)布執(zhí)行命令，對(duì)挖掘機(jī)的輸送油缸、轉(zhuǎn)輪方向、電磁比例閥、車速等等一些參數(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的持續(xù)性操作。

3.3 機(jī)械自動(dòng)化照明系統(tǒng)

在建筑工地夜間作業(yè)期間，照明系統(tǒng)極為關(guān)鍵，如若不能合理控制照明燈的光照強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員無(wú)法施工，或是對(duì)危險(xiǎn)錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致施工事故。此項(xiàng)技術(shù)主要是對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后進(jìn)行合理調(diào)度，縮減對(duì)設(shè)備故障的反應(yīng)速度，尤其在市政工程建設(shè)中，照明設(shè)施的建設(shè)率更高，利用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，通過(guò)GPRS 技術(shù)、地理信息系統(tǒng)的利用，將當(dāng)前路燈設(shè)備運(yùn)行情況、測(cè)繪圖紙信息呈現(xiàn)在大屏幕上，增加移動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，利用變功率鎮(zhèn)流器提升自動(dòng)化程度，增加遙調(diào)功能的發(fā)揮，調(diào)節(jié)道路照度。

3.4 安全管理系統(tǒng)的自動(dòng)化

在建筑施工中，還可以建立自動(dòng)化安全管理體統(tǒng)，也同樣是利用傳感器和無(wú)線通信手段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。例如，在在施工現(xiàn)場(chǎng)和庫(kù)房中，將門鎖嵌入自動(dòng)報(bào)警裝置，一旦發(fā)生非正常手段開(kāi)鎖的情況可以啟動(dòng)報(bào)警裝置；也可以在施工場(chǎng)地，安裝監(jiān)控?cái)z像頭，進(jìn)行云監(jiān)控，然后通過(guò)圖形數(shù)字化處理，自動(dòng)識(shí)別出危險(xiǎn)所在，并提前進(jìn)行預(yù)警，確保施工人員的安全，就如交通監(jiān)控識(shí)別違章車一樣；也可以對(duì)施工器械的性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如若超出合理范圍，也可以進(jìn)行報(bào)警，或是直接發(fā)送“停止作業(yè)”的指令，令其自動(dòng)前往故障檢測(cè)場(chǎng)地；如若施工現(xiàn)場(chǎng)存在堵塞施工通道、隨意擺放施工設(shè)備的情況，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也可以使報(bào)警裝置及時(shí)發(fā)出警報(bào)，維護(hù)施工人員的生命安全，及時(shí)控制或取消施工設(shè)備危險(xiǎn)作業(yè)，促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)步運(yùn)行[6]。

4 建筑工程機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 缺少自動(dòng)化概念

目前，相當(dāng)一部分建筑施工單位不愿意引進(jìn)自動(dòng)化的設(shè)備，甚是對(duì)自動(dòng)化的概念都不甚了解，認(rèn)為設(shè)備是不可能自主作業(yè)的，還是需要人力去操控，或是自動(dòng)化設(shè)備的購(gòu)買成本和維護(hù)成本太高，還不如多招聘一些基層施工人員。并且一些設(shè)備和技術(shù)的革新，就意味著公司需要消耗大量的資金去培訓(xùn)專業(yè)的操作人員，還需要聘請(qǐng)專業(yè)設(shè)備維護(hù)人員，對(duì)設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。如若資金投入量過(guò)大，在改革施工作業(yè)的過(guò)程，出現(xiàn)一些不適應(yīng)的情況，就會(huì)導(dǎo)致非常大的損失。因此，非常多的施工單位都不敢做“第一個(gè)吃螃蟹的人”，都在等待自動(dòng)化施工模式成熟后，有現(xiàn)成成功的實(shí)施方案后，才敢于去應(yīng)用。也有少數(shù)建筑施工單位勇于引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，但是缺乏創(chuàng)新意識(shí)，導(dǎo)致效果甚微。中國(guó)的機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展仍然不夠先進(jìn)，缺乏創(chuàng)新思維，對(duì)機(jī)械自動(dòng)化在建筑行業(yè)的應(yīng)用不甚了解，只是仿造其他產(chǎn)品加工行業(yè)上的設(shè)備，但是建筑施工的機(jī)械應(yīng)用環(huán)境比產(chǎn)品流水線環(huán)境更為復(fù)雜。即使能制造出設(shè)備，也需要人力進(jìn)行輔助操作，而不能完全像流水作業(yè)一樣，完全由智能控制系統(tǒng)進(jìn)行操控，故而，這只能稱為“半自動(dòng)化”。

4.2 自動(dòng)化技術(shù)人才缺失

中國(guó)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的人才培養(yǎng)都不太重視，特別是大學(xué)學(xué)校，對(duì)學(xué)生教授的知識(shí)大多已經(jīng)過(guò)時(shí)，學(xué)生參加工作的時(shí)候，對(duì)行業(yè)內(nèi)比較熱門的技術(shù)和知識(shí)都不甚了解，而且沒(méi)有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，公司的培訓(xùn)制度也不會(huì)給學(xué)生傳授相關(guān)知識(shí)，而是不斷地講授公司的企業(yè)文化和歷史、職能要求和責(zé)任、人事管理?xiàng)l例等等。這就造成了“學(xué)”與“用”的矛盾，很多學(xué)生都要重新花費(fèi)精力和時(shí)間去學(xué)習(xí)自動(dòng)化的知識(shí)，才能夠從事相關(guān)的工作，如此，人才輸送效率就會(huì)大大降低。一些施工單位即使想要改革自己的施工模式或是自動(dòng)化機(jī)械研發(fā)部想要進(jìn)行創(chuàng)新，也招收不到合適的人才，所以整個(gè)行業(yè)都會(huì)感覺(jué)到畢業(yè)生的綜合素質(zhì)在逐年下降。

5 自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械工程中應(yīng)用的相關(guān)建議

5.1 重視自動(dòng)化技術(shù)和人才培養(yǎng)

機(jī)械自動(dòng)化的快速發(fā)展都離不開(kāi)企業(yè)大量研發(fā)資金的注入和專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，“科技是第一生產(chǎn)力”，而能創(chuàng)造出科學(xué)方案的主體是具有高素質(zhì)的人才。因此，建筑企業(yè)要高度重視自動(dòng)化技術(shù)和人才培養(yǎng)。首先，企業(yè)的管理人員要充分認(rèn)識(shí)到機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，所謂“磨刀不誤砍柴工”，當(dāng)自動(dòng)化體系還沒(méi)有建立起來(lái)的時(shí)候，必然會(huì)花費(fèi)大量資金去培養(yǎng)人才，而當(dāng)自動(dòng)化施工體系成熟的時(shí)候，就會(huì)大大節(jié)省人力成本，不僅會(huì)縮短工期，還會(huì)提高工程質(zhì)量，因此，管理人員應(yīng)該長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，而不是只顧眼前的利益。其次，公司和政府都要注重人才培養(yǎng)，就學(xué)校方面而言，教育部門應(yīng)該推行課改，重視學(xué)生的實(shí)踐能力，讓學(xué)校教授的課程與社會(huì)生產(chǎn)接軌，避免學(xué)生在大學(xué)虛度四年時(shí)光，或是只為積累應(yīng)聘證書(shū)，而無(wú)工作能力；就企業(yè)而言，施工單位或是機(jī)械研發(fā)單位應(yīng)該注重“一帶一幫”的培養(yǎng)模式，讓老員工多傳授知識(shí)給新員工，讓新員工快速適應(yīng)工作環(huán)境，參與研發(fā)工作，貢獻(xiàn)自己的才智；企業(yè)也有必要定期組織培訓(xùn)，邀請(qǐng)自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的專家講解科學(xué)前沿的技術(shù)，增長(zhǎng)職員的見(jiàn)識(shí)，讓他們跟緊時(shí)代的腳步，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，為機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域加磚添瓦。

5.2 提高智能機(jī)械化水平

目前，中國(guó)的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備仍是以半自動(dòng)化為主，完全自動(dòng)化也就只能做簡(jiǎn)單而單一的流水線生產(chǎn)，應(yīng)對(duì)建筑施工復(fù)雜的環(huán)境，完全不能處理。故而，國(guó)家政府應(yīng)該重視相關(guān)領(lǐng)域自動(dòng)化的研究，特別是對(duì)著建設(shè)施工這種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，可以在政策上給予自動(dòng)化相關(guān)生產(chǎn)一些優(yōu)惠政策，引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)的投資和研究，逐步提高工程的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)從人工輔助操作的“半自動(dòng)化”到人工智能的“全自動(dòng)化”的飛躍。相比于傳統(tǒng)的建筑施工，“半自動(dòng)化”機(jī)械也能強(qiáng)化生產(chǎn)效率，促進(jìn)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，而簡(jiǎn)單的“半自動(dòng)化”機(jī)械已經(jīng)在加工制造廠得到了大規(guī)模的應(yīng)用，“全自動(dòng)化”的建筑施工機(jī)械也正在如火如荼的開(kāi)發(fā)研究之中，而中國(guó)科學(xué)體系的建立相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)晚了幾十年，想要趕超世界前列，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人智能工業(yè)生產(chǎn)，還需要進(jìn)一步重視機(jī)械自動(dòng)化和人才的培養(yǎng)，以高科技推動(dòng)中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，從而推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，繼而用雄厚的資金涵養(yǎng)人才，實(shí)現(xiàn)“科技—生產(chǎn)力—經(jīng)濟(jì)—人才”的良性循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)中國(guó)的工業(yè)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。