智能化工程机械的关键技术探讨
2014-12-18刘劲威
刘劲威
摘 要：随着工业发展的质量和要求不断提高，要求实现高可靠性、安全性、高精度、智能化的目标，智能化工程机械是未来发展的趋势，而关键技术是核心部分，文章研究国内外智能化工程机械发展的现状，并探讨相关的关键技术，为相关研究提供一定的参考。
关键词：智能化;工程机械;关键技术
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）35-0007-02
计算机信息技术的发展推动着各领域的进步，工业领域更是如此，工业自动化是时代发展的大势，自动化工程机械包括可编程控制工程机械、遥操作工程机械和智能化工程机械三大部分，各部分存在着功能的差别，但同时也有一定的联系，可编程控制工程机械通过编制程序完成各种任务，但是如果外部的环境和工艺改变，需要重新编程，耗时耗力;遥操作工程机械常用于人工无法完成的区域或高危区域，如核辐射环境、高温、高压、深水等区域;智能化工程机械无须人工参与，通过传感器获取各种信息，实现自我感知、决策、控制的功能，虽然目前还处于初期探索阶段，但是由于此类技术能够实现控制的自动化、智能化、人性化等特点，功能强大，具有广阔的前景。
1 智能化工程机械的发展现状
自动化工程机械的特点是高可靠性、安全性与精确性，自动化工程机械是重要的控制系统，但是这一市场几乎被国外公司垄断，如德国的西门子和力士乐，日本的三菱和Hitachi，芬兰的EPEC等。自动化工程机械的发展逐渐面向人性化和网络化，相较于以往的工作方式，自动化工程机械的控制要实现便捷、高效、人性等目标，不仅强调本地功能的控制，还要实现远程网络通讯，方便进行交互和工作调度。基于CAN总线的工程机械网络化控制如图1所示，该系统由操作界面、电液控制系统、辅助控制器等组成，基于CAN的网络化工程机械控制系统，分工明确但又相互协作，能实现自动控制、人机交互和远程通讯等功能。
而随着自动化工程机械发展的深入，智能化成为重要的发展方向，尤其是新的传感器和控制器的出现，并在结合GPS等先进技术，引入了新的内涵，如车辆定位、挖掘机铲斗角度的定位等，为工程机械的施工提供了新义。我国在智能工程机械的研究和应用都处于起步阶段，如三一重工、徐州重工、天津工程机械研究院等取得了比较大的成绩，以道路建设施工机械为例，实现了智能化的研究，如装载机、摊铺机等系统，实现了系统化的作业施工，掌握了机群智能化设计和制造技术，但实际应用还有待进一步论证。
2 智能化工程机械关键技术的研究
2.1 智能化机群技术的研究
本文基于路面施工来进行拓展，施工以智能化机群为基础，可以实现施工的全过程控制，是一种系统化的生产流水作业，工作的环境比较多变，要根据机群的配置和实际的施工环境进行规划，取得最佳的工程质量和最优的工作效率。传统的集中控制不能完全满足施工的需要，尤其是面对长线路的施工时，要实时动态的反映施工信息，利用网络化和分布式的智能化控制技术来掌握相关的信息，具有及时性好、控制精确的特点。分布式人工智能有多主体系统和分布式问题求解，多主体系统研究系统机械主体之间的协调关系，如何实现各工程机械的融合衔接，减少不必要的冲突，经过有效的综合规划之后，各工程机械主体可以发挥各自的优点，在多个知识共享、合作的模块上进行研究。分布式人工智能技术在许多行业已经取得了积极的成果，如交通、建筑等领域，正走向商业化的应用，此类系统的应用具有无人化、控制精确化等特点，已经运用于制造、交通、建筑和商业等领域，如控制工程机械施工管理过程，提出了多智能体工程预算方法。分布式人工智能技术在工程机械领域的应用取得了非常好的效果，其关键在于：每个主体的智能都比较简单，当协调工作，各个工程主体虽然参加的工作不复杂，但是综合起来可以完成十分复杂的任务，本文着重于研究智能化机群技术，以下进行阐述。
2.1.1 基于多智能体控制的施工体系研究
传统的施工大多是单项操作，各单位的衔接耗费的时间长，而生产的效率也不太高。多智能控制的施工体系可以将各单元进行融合，构建内部的求解模式，对信息进行综合分析，然后分配，以整合整个施工的流程，不但减少了衔接的时间冲突，而且能实时的调节，具有高效的特点，还能节约资源。
2.1.2 信息流集成模型的研究
机群施工过程控制中智能控制单元可以相互协调，将物料流和信息流联系起来，每一智能控制单元施工的目的不同，其信息流有很大的区别，建立完善的信息流能够实现智能化的控制。
2.1.3 人机共栖的智能主体研究
机群施工作业过程中人的参与十分重要，要充分发挥智能工程机械解决问题与人指挥的能力，实现人机之间的交互，发挥各自的优势，取得最佳的协同作业效果。
2.1.4 多智能主体铁桶决策系统的研究
协同决策是考虑多个主体参与的决策过程，由于智能控制体的对象、方案和功能存在一定的矛盾，因而冲突的识别和消解是协同设计可以解决关键的问题。
2.2 单机集成化操作与智能控制技术
单机集成化的操作融合之后就形成了智能化的机群，其包含的内容也十分的广泛，主要有机电一体化、液压控制、无人操作、可编程等技术，这些技术经过融合之后形成一个整体的系统，可以实现机群化的作业。智能技术改善了机械的性能，提升其工作的稳定性和可靠性，不但极大地减少了人工的参与，同时还提升了安全性。
工程机械控制与电液式的自动换挡技术具有兼容的优点，是目前工程机械电液一体化的重要发展方向。无人驾驶技术也是工程机械的一个发展方向，就需要带有遥控装置和特定的施工作业环境中，采用位置诱导原理和定向导航技术，依托自身机械操作、监控反馈系统、无线/有线通信，通过计算机控制和自行判断技术，无人操作的工程技术正逐步得到应用。
2.3 智能监控、检测、预报、远程故障诊断和维护技术
智能化的工程机械可以实现动态的监控、检测、预报等功能，在作业的过程中，克服各种施工因素的影响，实现无人化的精确控制，这对于某些工期比较紧张的施工十分有效，可以提高精度，并减少劳动力的使用，更加精确合理，但是此类工程机械对传感器的依赖非常明显。各类传感器的功能实现融合，可以进行信息的集中处理，包括信息融合、数据融合以及二者的结合，从多个信息源得到数据，获得质量更高的信息。相较于西方发达国家，我国的智能化工程技术的发展比较落后，尤其是在传感器技术方面，大大落后于世界领先水平，高可靠性的压力、温度、速度、加速度等传感器只能依靠引进，制约了我们研制完全自主知识产权智能化工程机械的发展。
2.4 智能化工程机械发展中存在的问题
虽然先进的技术一直被应用到智能化工程机械中，但是在发展中的融合问题比较突出，应用的实际经济效益也有待考察。智能化工程机械走向人性化、智能化的方向是大势所趋，但在这个大方向的前提下，也需要解决一些棘手的问题，主要存在几个方面的问题：
①关键元件的问题，目前各大厂商的关键元件都以来进口，如智能监控系统中的显示单元与核心处理单元。
②系统硬件结构问题，智能化工程机械的硬件结构非常复杂，影响系统的可靠性与稳定性。
③软件开发期问题，许多智能化工程机械的软件并不是定制的，在使用的过程中存在一定的冲突，并且难以根据实际的使用需要进行调整。
④系统功能的扩展问题，智能化工程机械的功能一直在扩展，但是要扩展系统的功能需要进行论证和试验，减少各功能之间的影响，当整个系统的资源有限时，要进行重新设计。
⑤工程机械维修存在的问题，智能化工程机械缺乏专业的维修企业，并且没有形成法律法规，无据可依，具有很大的局限性。
3 结 语
智能化工程机械是自动化工程机械的重要组成部分，也是未来的发展方向，因而研究智能化工程技术的发展现状和关键技术，并对发展中存在的问题进行研究分析，有利于消解当前的局限，论文结合笔者的研究经验作简要的论述，以期为相关的研究提供参考。
参考文献：
[1] 史忠植.智能主体及其应用[M].北京：科学出版社，2001.
[2] 魏洪兴，王田苗，陈殿生.智能化工程机械及其关键技术研究[J].工程机械，2004，（5）.
[3] 郭英训.工程机械装备智能化系统研究[J].建设机械技术与管理，2014，（3）.
[4] 马铸，李锁云，张文明，等.机群智能化工程机械体系结构和关键技术[J].农业机械学报，2003，（9）.
[5] 张耀宏.工程机械智能化的现状[J].工程机械文摘，2004，（8）.
[6] 姜佑明.浅谈工程机械智能化系统中的关键技术和问题[J].山西建筑，2011，（6）.
[7] 刘翥寰.智能化工程机械机群状态监测与故障诊断系统研究[D].天津：天津大学，2005.
[8] 陶国强，胡斌，何克忠，等.机群智能化工程机械系统图形界面设计[J].计算机工程与应用，2003，（36）.
2.3 智能监控、检测、预报、远程故障诊断和维护技术
智能化的工程机械可以实现动态的监控、检测、预报等功能，在作业的过程中，克服各种施工因素的影响，实现无人化的精确控制，这对于某些工期比较紧张的施工十分有效，可以提高精度，并减少劳动力的使用，更加精确合理，但是此类工程机械对传感器的依赖非常明显。各类传感器的功能实现融合，可以进行信息的集中处理，包括信息融合、数据融合以及二者的结合，从多个信息源得到数据，获得质量更高的信息。相较于西方发达国家，我国的智能化工程技术的发展比较落后，尤其是在传感器技术方面，大大落后于世界领先水平，高可靠性的压力、温度、速度、加速度等传感器只能依靠引进，制约了我们研制完全自主知识产权智能化工程机械的发展。
2.4 智能化工程机械发展中存在的问题
虽然先进的技术一直被应用到智能化工程机械中，但是在发展中的融合问题比较突出，应用的实际经济效益也有待考察。智能化工程机械走向人性化、智能化的方向是大势所趋，但在这个大方向的前提下，也需要解决一些棘手的问题，主要存在几个方面的问题：
①关键元件的问题，目前各大厂商的关键元件都以来进口，如智能监控系统中的显示单元与核心处理单元。
②系统硬件结构问题，智能化工程机械的硬件结构非常复杂，影响系统的可靠性与稳定性。
③软件开发期问题，许多智能化工程机械的软件并不是定制的，在使用的过程中存在一定的冲突，并且难以根据实际的使用需要进行调整。
④系统功能的扩展问题，智能化工程机械的功能一直在扩展，但是要扩展系统的功能需要进行论证和试验，减少各功能之间的影响，当整个系统的资源有限时，要进行重新设计。
⑤工程机械维修存在的问题，智能化工程机械缺乏专业的维修企业，并且没有形成法律法规，无据可依，具有很大的局限性。
3 结 语
智能化工程机械是自动化工程机械的重要组成部分，也是未来的发展方向，因而研究智能化工程技术的发展现状和关键技术，并对发展中存在的问题进行研究分析，有利于消解当前的局限，论文结合笔者的研究经验作简要的论述，以期为相关的研究提供参考。
参考文献：
[1] 史忠植.智能主体及其应用[M].北京：科学出版社，2001.
[2] 魏洪兴，王田苗，陈殿生.智能化工程机械及其关键技术研究[J].工程机械，2004，（5）.
[3] 郭英训.工程机械装备智能化系统研究[J].建设机械技术与管理，2014，（3）.
[4] 马铸，李锁云，张文明，等.机群智能化工程机械体系结构和关键技术[J].农业机械学报，2003，（9）.
[5] 张耀宏.工程机械智能化的现状[J].工程机械文摘，2004，（8）.
[6] 姜佑明.浅谈工程机械智能化系统中的关键技术和问题[J].山西建筑，2011，（6）.
[7] 刘翥寰.智能化工程机械机群状态监测与故障诊断系统研究[D].天津：天津大学，2005.
[8] 陶国强，胡斌，何克忠，等.机群智能化工程机械系统图形界面设计[J].计算机工程与应用，2003，（36）.
2.3 智能监控、检测、预报、远程故障诊断和维护技术
智能化的工程机械可以实现动态的监控、检测、预报等功能，在作业的过程中，克服各种施工因素的影响，实现无人化的精确控制，这对于某些工期比较紧张的施工十分有效，可以提高精度，并减少劳动力的使用，更加精确合理，但是此类工程机械对传感器的依赖非常明显。各类传感器的功能实现融合，可以进行信息的集中处理，包括信息融合、数据融合以及二者的结合，从多个信息源得到数据，获得质量更高的信息。相较于西方发达国家，我国的智能化工程技术的发展比较落后，尤其是在传感器技术方面，大大落后于世界领先水平，高可靠性的压力、温度、速度、加速度等传感器只能依靠引进，制约了我们研制完全自主知识产权智能化工程机械的发展。
2.4 智能化工程机械发展中存在的问题
虽然先进的技术一直被应用到智能化工程机械中，但是在发展中的融合问题比较突出，应用的实际经济效益也有待考察。智能化工程机械走向人性化、智能化的方向是大势所趋，但在这个大方向的前提下，也需要解决一些棘手的问题，主要存在几个方面的问题：
①关键元件的问题，目前各大厂商的关键元件都以来进口，如智能监控系统中的显示单元与核心处理单元。
②系统硬件结构问题，智能化工程机械的硬件结构非常复杂，影响系统的可靠性与稳定性。
③软件开发期问题，许多智能化工程机械的软件并不是定制的，在使用的过程中存在一定的冲突，并且难以根据实际的使用需要进行调整。
④系统功能的扩展问题，智能化工程机械的功能一直在扩展，但是要扩展系统的功能需要进行论证和试验，减少各功能之间的影响，当整个系统的资源有限时，要进行重新设计。
⑤工程机械维修存在的问题，智能化工程机械缺乏专业的维修企业，并且没有形成法律法规，无据可依，具有很大的局限性。
3 结 语
智能化工程机械是自动化工程机械的重要组成部分，也是未来的发展方向，因而研究智能化工程技术的发展现状和关键技术，并对发展中存在的问题进行研究分析，有利于消解当前的局限，论文结合笔者的研究经验作简要的论述，以期为相关的研究提供参考。
参考文献：
[1] 史忠植.智能主体及其应用[M].北京：科学出版社，2001.
[2] 魏洪兴，王田苗，陈殿生.智能化工程机械及其关键技术研究[J].工程机械，2004，（5）.
[3] 郭英训.工程机械装备智能化系统研究[J].建设机械技术与管理，2014，（3）.
[4] 马铸，李锁云，张文明，等.机群智能化工程机械体系结构和关键技术[J].农业机械学报，2003，（9）.
[5] 张耀宏.工程机械智能化的现状[J].工程机械文摘，2004，（8）.
[6] 姜佑明.浅谈工程机械智能化系统中的关键技术和问题[J].山西建筑，2011，（6）.
[7] 刘翥寰.智能化工程机械机群状态监测与故障诊断系统研究[D].天津：天津大学，2005.
[8] 陶国强，胡斌，何克忠，等.机群智能化工程机械系统图形界面设计[J].计算机工程与应用，2003，（36）.
