工程機械電氣設備自動化技術研究

周峰，連超

（威海石島重工有限公司，山東 威海 264309）

在國內經濟發展速度不斷加快的背景下，工程機械制造領域對電氣設備自動化技術的應用占據關鍵地位。工程機械設備穩定性、適用性與整個行業的生產效率密切相關。因此，該行業對機械設備各項指標的控制要求是非常嚴格的。生產控制領域中電氣自動化技術不但能夠對工程機械設備功能進行合理優化，還可以促進系統控制效率的提升，推動機械設備自動化系統升級創新。因此，我們需要積極嘗試掌握電氣自動化技術控制要點，與機械設備實際情況相結合，落實一套完善的機械控制系統模式，考慮工程機械設備應用要點，解決傳統機械設備控制模式中存在的一系列問題，推動機械設備控制模式的創新與優化發展。

1 工程機械電氣設備自動化技術應用意義

工程機械領域電氣設備自動化技術應用不斷成熟與發展，為促進電氣設備自動化技術與效率的合理提升，需要使工程機械電氣設備工程運作呈現出標準化以及制度化發展趨勢。尤其是我國當前社會經濟發展速度提升，工程機械領域行業規模持續擴大，導致工程機械以及電氣設備安裝行業規模增大。同時，受相關行業領域發展速度進一步提升的影響，工程機械以及電氣設備安裝呈現出專業化發展趨勢。為了滿足工程機械電氣設備自動化發展需求，需要落實全方位標準化管理，采取一系列科學方法對項目管理內容進行嚴格控制，以促進項目施工效率的提升，確保項目建設任務的順利落實。在工程機械以及電氣設備安裝環節中，落實項目控制策略，確保項目戰略措施實施期間自動化技術優勢得到充分發揮。依賴于項目管理措施的有效落實，可減少資源浪費問題，同時推動行業經濟效益水平的提升。同時，基于對電氣設備自動化技術的應用，通過引入BIM 技術的方式，在工程機械電氣設備安裝中預先進行仿真計算，以獲取準確數據并在實際安裝應用中加以體現，以保障工程機械電氣設備自動化技術應用價值的順利實現。

2 工程機械電氣設備自動化應用原則

（1）技術性原則。工程機械設計制造技術持續發展與更新，對保障工程機械設計制造領域自動化生產設備持續優化有重要促進的作用。在自動化生產設備應用期間，需要確保最終成品達到滿意狀態，使其能夠符合預期設計標準，同時使機械設備使用發展需求得到充分滿足。在工程機械制造設計領域中，需要對技術性指標內容進行充分考量，包括設備使用年限以及工作強度等，以提高工程機械設備與市場需求的契合性，減少設計以及制造弊端對電氣設備應用所產生不良影響。同時，考慮經濟性問題，自動化生產設備應用具有一定成本，若設計制造環節沒有實現對成本的轉化，導致電氣自動化設備應用產生副作用，導致企業回報受到影響，難以實現設計成果的轉化與發展。

（2）標準化原則。工程機械電氣設備自動化技術應用核心目的是對成品進行批量化生產，以優化設備應用效果，支持經濟利益目標的實現。為了保證工程機械生產制造效率，為成品批量化生產提供制造標準，就需要提高自動化生產技術的應用。一方面，需要落實機械設計制造產品專業化標準，形成尺寸、規格等標準，減少電氣設備批量生產中存在的設計、生產誤差問題，使同一批次產品質量保持一致狀態。另一方面，需要針對工程機械設備設計、制造以及維護環節工作建立系列標準，落實標準化維護保養作業，以保障設備穩定以及長效運行，提高設備故障檢測處理能力，達到優化設備應用效果的目的。

（3）安全性原則。作為現代化生產中的基礎與標準，安全生產對避免安全事故影響工程機械設計制造有重要意義。在自動化電氣設備應用期間，需要避免設備零件在生產加工期間出現異常變形問題，確保安全生產質量標準與設備功能的相符性，以促進機械設計制造工作水平的提升，保障安全生產工作有序開展。同時，自動化生產設備應用期間，需要重視對設備的合理調試，評估工程機械電氣設備在運行期間面臨的一系列安全風險問題，進行全面處理，以保障機械設備制造作業的順利實現。除此以外，在設備運行期間，還需要著重考慮評估環境因素對安全生產所產生的不良影響，在滿足電氣設備自動化功能的同時，采取有效措施控制自動化生產設備所產生的噪聲、廢氣等問題。

（4）復雜性。工程機械電氣設備自動化調試作業實施前，需要配備專業調試人員展開檢驗與調試工作，對電氣設備自動化技術應用期間存在的問題進行修復與處理。同時，不同調試環節還存在工作人員專業能力參差不齊因素的影響，導致調試工作面臨較大難度，對工作人員素養水平以及專業水平提出了較高要求。調試修復的方法包括人工錄入測試代碼以及調試工具執行等內容。在此期間，及時發現破綻并對代碼進行修改，避免差錯事件發生。從這一角度上來說，對工程機械電氣設備自動化調試工作的要求是相當嚴格與復雜的。

3 工程機械電氣設備自動化技術應用要點

（1）機械設備虛擬模型設計。在機械制造領域中，對虛擬仿真機械設計模型技術的應用已經非常普遍與成熟。工作人員可以嘗試以虛擬化機械模型為依據，展現機械系統結構內部組成特征，以精確設計機械系統各個部位結構參數。相較人工機械設計方案而言，虛擬化機械設計仿真能夠大大節約設計成本，確保不同業務領域人員在機械設計中積極配合與協同。虛擬仿真技術輔助下立體化模型在工程機械設計領域中得到了廣泛應用。以智能化BIM 機械設計模型為例，立體化模型能夠將機械系統組成結構基本特征充分展現出來，設計人員可以對立體化機械設計方案形成全面認知，降低設計缺陷誤差的發生率。在機械系統模型構建期間，要求工作人員掌握BIM 模型使用方法，正確應用系統輔助軟件，以密切工程機械設計環節與制造領域技術人員的銜接關系。以板式塔為例，其內部部件、管路相對復雜，操作點以及觀察點眾多，需要精密確定各個部件尺寸、位置以及連接，并配合對Cinema 4D 的應用，進行部件建模處理。然后將所有部件導入一個統一的模型文件中，根據實物尺寸對模型位置以及大小進行調節，將各自材質球在部件中進行加載，以滿足高度仿真需求。系統通過公式對實驗數據進行處理計算，在“數據處理”界面，給出各項實驗參數及求得的理論塔板數，并借助NGUI 插件繪制對角線、相平衡線、精餾段操作線、q 線、提餾段操作線、理論塔板梯級，過程直觀，有助理解。設計中采取自上至下的設計方法，首先，對各個部件進行建模處理，然后采用設計表進行參數化處理，創建總布局草圖以參考的平面，對各個部件進行裝配定位，然后通過添加方程式的方式滿足參數化驅動需求。在此過程中，首先調動零部件參數表格，對工藝參數與型號進行修改，調節設計表參數化零部件，然后對參數化配置進行修改。然后開啟總裝配模型對應設計參數表，對壓力容器零部件的位置參數進行修改，并將設計表導入總裝配模型中，驅動模型或獲取壓力容器對應的張培模型。最后，打開工程圖自動更新并對圖面進行團縱橫，相關參數與零部件保持連接關系，更新后參數進行調節，無須手動進行修改。

（2）埋弧焊接技術。此項技術是指電弧在焊劑層下方燃燒，以支持焊接目標的實現，目前，被廣泛應用于工程機械設備元件焊接中。從電氣設備自動化技術應用角度上來說，埋弧焊接技術得到了深入應用，且技術具有成熟性特征，可以分為半自動焊接以及全自動焊接兩種類型。以全自動埋弧焊接技術為例，其可以依托機械設備完成埋弧焊全部工作，保障焊接質量，支持量產目標實現。而對于零配件制造要求較高且焊接數量相對較少的焊接件而言，可以嘗試應用半自動埋弧焊技術達到滿意效果。在對工程機械設備零部件進行制造期間，需要根據制造需求對焊接模式進行合理選擇。在電弧熱的影響下，焊絲端產生熔化，為焊絲提供空間支持，確保焊絲熔化速度與焊絲送進速度達到平衡狀態，以滿足自動化目標的實現。

（3）輪式移動機械人動力學路徑跟蹤控制。作為機械人的典型類型，輪式移動機械人運動靈活，同時具有操作性強、結構簡單等一系列優勢，在多個行業領域有廣泛應用。現代電氣設備自動化技術發展過程中，輪式機械人自主行動能力越來越多，支持自主避障、路徑跟蹤以及軌跡跟蹤等功能的實現。以路徑跟蹤為例，其作為工程機械領域電氣設備自動化的一大研究內容，可支持自動運動功能的實現。但現階段控制方法多建立在運動學模型上，基于對運動學誤差模型的應用，對路徑跟蹤控制器進行設計。同時，對外部干擾因素影響下路徑跟蹤控制器進行設計，支持應用控制策略確保移動機械人跟蹤期望路徑。同時，還有研究人員嘗試對機械人行走路線以及行駛速度進行分級控制，支持路徑跟蹤方法的實現，在此期間應用模糊神經網絡技術，以支持對任意路徑的精確跟蹤。需要注意的是，由于基于運動學模型的控制算法并沒有將移動機械人動力特性納入考量范疇，因此研究學者嘗試對路徑和跟蹤控制器進行設計，構建動力學模型，并通過仿真驗證算法的可靠性。

（4）遠程控制應用。傳統工程機械依賴工作人員完成，無論對機械設備進行何種操作，最重要的工作仍然需要由工作人員負責完成。部分情況下，受作業場所條件限制的影響，機械自動操作存在一定的局限性。而工程機械電氣設備自動化控制技術的發展使得工程機械裝備遙控作業得到了可靠實現，一方面，保障了工作人員安全，突破對機械設備進行控制的時空限制；另一方面，可以促進機械設備生產效率的提升。尤其是對于存在危險性因素的室外工程而言，機械設備控制可以節約大量人工投入，通過安裝感應器裝置與顯示器的方式，支持機械操作功能的順利實現。在此期間呈現影像資料，故障發生后也能第一時間定位并進行處理。

（5）數控機床設備應用。機床設備中對多電機驅動系統的應用是非常廣泛的，當前技術條件支持下，多采取橫向電機布置方案。受生產規模擴大因素影響，導致裝機容量持續性增加，一方面確保設備運行平穩，另一方面促進設備工作效率提升。因此，這類工程機械設備備受機床生產企業的青睞。在電氣自動化技術應用期間，以計算機為核心，配合對故障診斷以及感知技術的應用，滿足裝備自動化技術需求。尤其是在工程機械領域CNC 技術發展背景下，傳送設備呈現出多元化、重型化發展趨勢，通過引入雙速馬達設備的方式，結合對計算機技術的應用，滿足數控機床制造全程的監控功能實現。

4 結語

在當前時代發展背景下，工程機械電氣設備自動化技術的合理應用能夠避免風險發生，推動企業健康發展。基于對自動化技術的綜合應用，可靠防護電氣設備，節約人工成本，有極高的應用價值。本文嘗試對工程機械電氣設備自動化技術問題展開研究，首先，對工程機械電氣設備自動化技術的應用意義進行分析，然后對工程機械電氣設備自動化應用的基本原則進行闡述，包括技術性、標準性、安全性以及復雜性這4 個方面的內容。最后，對自動化技術的應用要點與方向進行論述，闡述了機械設備虛擬模型設計、埋弧焊接技術、輪式移動機械人動力學路徑跟蹤控制、遠程控制應用以及數控機床設備應用這幾個方面的內容。希望能夠引起業內關注，以促進電氣設備自動化技術的發展與完善，滿足工程機械設計制造所需。