工程机械技术现状与智能化信息化趋势

梁秀娟，嵇海旭

（广东海洋大学机械与动力工程学院，广东湛江 524008）

0 引言

进入21 世纪后，全球经济面临着重大且深刻的变革，各个国家的工程机械技术快速蓬勃发展，展现出一定的信息化、智能化技术发展优势。这一优势主要得益于大量智能机器与系统的出现及实践应用，如工程机械设备远程遥控、智能化作业、大型施工项目的机群控制系统等，纷纷出现并在各自工程生产领域发挥着重要价值。

1 工程机械技术的应用现状

工程机械技术在国外的应用现状相对成熟，一些发达国家已经打造出相对先进且高效的工程机械设备技术体系，如美国、德国、日本等已经在理论、实践两大层面提出工程机械核心技术内容。以美国的卡特彼得998H 型轮式装载工程机械设备为例，其发动机的怠速停止与降挡功能表现突出，且在负荷控制系统与自动限位系统在工程机械生产项目中也发挥了重要作用。另外，德国、日本等3S 工程机械设备技术也有诸多优点，目前这些设备技术已经全球范围内体现出较高的工程建设价值。

经过了多年发展，我国工程机械行业已经在某些技术设备建设层面取得了很大进步，工程机械技术已经逐渐朝大型化、精密化方向发展。在某些工程机械制造技术的特定领域，它也主要立足于技术发展基础结合大量先进的工程机械技术设备实现科学合理改进与创新，提高生产效率。因此，将智能化与信息化技术手段引入工程机械管理工作进程，能够实现技术手段内容的更新，保证机械设备中的核心部件与应用到位，提高生产工作效率。

2 工程机械技术的智能化、信息化发展趋势

目前工程机械技术领域，智能化、信息化技术发展趋势已经比较明朗，大量工程机械技术设备纷纷出现，为工程项目建设水平提高创造优越条件。以电子智能控制技术为例，它指代操作者通过电子系统配合计算机机进行控制，同时配合驾驶室机械设备操作与控制展开操作，其中灵活变化较少且非常易于操作，对于增加设备整体生产运行安全稳定性帮助较大。下面本文将分析工程机械技术中的智能化、信息化发展趋势及其关键技术。

2.1 计算机与信息技术

在工程机械技术的应用过程中，不得不提到计算机与信息技术的融合，在原有机械设备外观、功能、内部结构及使用方法效率创新基础上，采用大量计算机与信息技术内容，保证通过信息化操作系统平台打造技术应用体系，通过操控系统平台来丰富工作内容，最大限度优化生产过程，减少设备生产运行过程中的某些繁琐环节；最大限度代替原有人工检验、监测技术流程，全面提升工程机械设备所生产产品的安全系数以及工作精度效率，同时也能有效消除人工操作中某些细节失误问题。

2.2 传感器技术

传感器技术是目前工程机械生产领域中的重要技术，它主要基于信息化智能改造创建良好技术发展体系，结合设备计算机中枢之间的相互互动来实现设备信息传导，丰富计算机中枢内容。以某些机械生产工程项目为例，项目中的传感设备在配合压裂设备生产工作过程中提高了设备运转高效检测效率，同时将所获取的指标数据内容再传导回计算机中枢系统，不仅能满足计算机系统监测控制要求，还可以提高设备各项运行指标效率。对设备运行情况进行判断的过程，主要是利用传感技术最大限度地确保设备运转情况监测与检测管理到位，发挥传感器技术应用优势的同时保证设备工作状态正常。

2.3 信息传播转换技术

在工程机械生产过程中，信息传播转换技术重要性不言而喻，在结合机械设备采用声波、光线载体过程中，它可以确保载体重新分析与信息化技术应用内容有效优化，确保根据信息中的指令内容展开相应操作，提高机械设备技术标准。在此过程中，还要解读并接收载体信息，保证设备精确工作水平提升，这对于信息化机械应用价值水平提升帮助较大。

2.4 智能化技术

目前的工程机械设备通常采用智能化技术内容，如工程机械机群多智能主体系统，该系统在智能化信息技术应用方面涉猎面较广，能大大提高工作效率。目前多主体系统中采用的分布式人工智能技术已经相当成熟，它在人工智能与分布式计算方面相互结合建立了多主体系统MAS（Multi-Agent System），保证多主体系统能够合理协调、规划工程机械设备生产进程，有效降低软硬件使用费用，同时解决工程机械机群控制中所存在的各种技术问题。

3 机群多智能主体系统实践应用技术要点

在工程机械技术设备生产应用过程中，机群多智能主体系统发挥了重要作用，下文简单分析了其在工程机械单机主体改造方案及机群系统中央主体实施方案的应用。

3.1 单机主体改造方案

在应用工程机械过程中，需要对机械设备单机主体进行改造，提出改造方案，即在现有工程机械基础上增加大量智能控制器，保证智能化改造进程有效推进，最终形成机群系统。在系统中，需要对不同工程机械单机、拌和机、压路机、装载机等进行有效调整，结合智能化机群系统对单机智能主体进行有效优化，体现一定的人机交互能力，优化施工环境中的反应能力与感知能力。

在具体的改造方案中，要保证不同工程机械单机的智能主体实现大幅度改造，建立智能控制器核心，了解其加装结构（图1）[1]。

图1 工程机械生产中单机智能主体化改造方案示意

其中，智能控制器是运行智能主体，其软件模块内容相当丰富，在主体内核、反应知识库以及功能模块中设置人机接口，保证建立人机交互机制，建立感知信息与决策信息输入及其主体，确保通信模块能够依据无线通信方式来实现GSM 网络无线通信机制，创建GSM 模块。这其中还采用了GPS 模块，建立单机主体为背景的地理位置信息内容，保证决策转化过程中工程机械操作有效优化，如此可对应不同工程机械单机，实现生产过程中的改造方案优化。在建立通信与GPS 模块过程中需要配合拌和机程序控制计算机附加通信模块，体现GPS 模块中智能主体软件应用技术优势。系统硬件结构改造设计过程如图2 所示[2]：工程机械设备生产过程中需要利用智能控制器中的诸多接口直接连接通信模块，激活工程机械生产中的传感器、PC 机、检测模块等，保证控制器丰富接口，使得工程机械智能主体化技术操作成为可能。

图2 工程机械智能控制器的硬件结构

在创建实时多任务操作系统中，则需要利用智能控制器建立实时多任务操作系统，体现操作系统的基本特征，体现较好实时性，快速响应单机智能主体技术内容，保证对硬件资源进行有效管理。目前智能控制器系统中一般采用OS-II 公开源代码创建工程机械生产技术内核，配合操作系统API 接口、嵌入Linux芯等实现多任务操作，提高工程机械生产过程中技术操作系统的技术应用优越性（图3）。

图3 工程机械实时多人物操作系统

3.2 机群系统中央主体实施方案

（1）在工程机械技术的机群多智能主体系统中，需要分析机群系统中的中央主力实施方案，保证通过中央主体结构图分析方案设计特征。在建立强大的分布式计算机制过程中，也需要建立综合决策支持系统，确保数据库系统与中央主体计算任务建立共同承担生产空间，确保中央主体在生产过程中快速反应，提高工程机械生产水平[3]。

（2）为提供相对方便的人机交互机制，不仅需要通过大屏幕观察施工现场施工技术应用情况以及施工进度，还需要通过中央主体发送指令分析工程机械过程，有效实现中央主体中人—机交互模块的某些功能。实施改造方案之后，还需要分析中央系统的结构简单特征，构造千兆网络，以提高系统的整体可移动性。

（3）在创建机群系统不同控制主体实施方案过程中，需要保证智能主体化改造到位，同时提出中央主体实施方案的机群系统应用效能。例如，中央系统应建立基于中央主体的人—机共栖MAPE（Mean Absolute Percentage Error，平均绝对百分比误差）混合式结构，控制主体本组单体主机过程也是对知识推演能力的全面提升，明确工程机械机群多智能主体系统的生产技术路线，既要采用嵌入式系统平台有效控制多生产主体功能，将控制主体作为智能控制器安装在工程机械单机设备，同时在机群系统运行过程中承担本组单机主体控制任务，指定相应生产工作控制主体，实现顺利生产过程。客观上，在中央系统设计与实践应用过程中，机群系统需要实现多点技术的改造与优化，以确保计算机信息技术数据内容融入生产的各个环节，充分发挥它们的应用价值。

4 总结

目前工程机械技术的应用现状比较乐观，主要是因为其应用内容丰富，既可以满足工程机械生产过程的更高要求，也给予了更有价值的技术辅助。未来通过相关研究与分析来提高工程机械技术的应用智能化与信息化也很有必要，不仅会促进技术与工程生产过程的发展和进步，确保工程机械技术更多元、更丰富方向发展，还会在工程生产领域体现出较高的技术优势，满足工程项目的多方要求，提高项目的生产效率、生产水平以及产能等。