智能化工程机械发展现状及关键技术

【编者按】就工程机械智能化的问题，本文对智能化工程机械的发展现状及关键技术，进行了研究，即电液比例控制技术、状态监测及故障诊断技术、自动变速技术、卫星定位技术等，概述了施工过程的机群智能化控制。机械工业的智能化不仅可减少人类的体力劳动，而且更重要的是可替代人类的脑力劳动，从而实现脑力劳动的机械化、自动化。智能化工程机械和机群智能化施工是工程机械的未来发展方向，具有巨大的市场空间与广泛的行业需求。

1概述

自动化工程机械一般可以分成三类：遥控操作工程机械、可编程控制工程机械和智能化工程机械。遥控操作工程机械经常被用于危险或人类难以进入的作业环境，如水下、高温、高压、核辐射环境，由操作者通过远程控制完成作业任务。可编程控制工程机械通过改变工程机械的控制程序，完成不同的任务。可编程控制工程机械适合在结构化环境下进行工作，一旦外部施工环境和施工对象发生变化，则需要重新编写控制程序。目前绝大多数自动化工程机械都是可编程的。智能化工程机械不需要操作人员的参与，通过安装各种复杂的传感器来获取环境的信息，具有自我感知、自主决策、自动控制的功能。

工程机械的智能化，就是将智能化技术应用到工程机械中，用信息技术、计算机技术、控制技术等高新技术融入工程机械，以提高工程机械的操纵性、平稳性、舒适性，提高工作效率，并向智能化方向发展。智能化工程机械涉及机、电、液、声、光和化学等学科，以计算机技术、控制技术、微电子技术、传感器技术等为基础，将多种技术组合起来进行机械内部的信息处理。智能化工程机械是智能机器人的一类，目前还正处于探索阶段，预计在未来将具有广阔的前景。

1.1智能化系统概要

智能化系统的定义：具有（或部分具有）人类智能，能模拟（或部分模拟）人类智能的系统称为智能化系统。其特征如下：（1）多信息感知与融合；（2）正确地识别、推理与决策；（3）联想记忆；（4）自治控制，即自相似、自学习、自适应、自组织、自维护；（5）容错。当然，就智能的高级形态而言，还有信念、意图、喜爱、厌恶、诚挚、承诺等理性和情感的因素，这在当前“人为”的智能系统中还难以达到。工程机械智能化系统一般由获得环境信息的传感器、认识判断由传感器获得的信息及控制实际作业的执行器3部分组成。

例如，当对刚爆炸破碎岩石进行挖掘作业时，其作业对象是破碎堆积物，必须用传感器取得这种破碎堆积物的堆积状况等三维信息和作业对象物以及自身（智能建设机器人）如何分离这些信息的方法。掌握破碎堆积物的堆积状况，自身认识环境，接着，以计算机等存储的知识为基础，弄清如何进行实际的高效率作业，或者制定作业计划，最后由执行此作业的计算机通过执行器发出指令，进行实际作业。但是工程机械的作业对象是自然界，很难具备有智能建设机器人适用的环境。地面状况有软有硬，含水率和透水性也随场所而不同。特别是刚爆破而碎裂的堆积物，岩石的粒度不一定，含有大岩石时搬运困难。当进行挖掘或装卸作业时，其作业环境随时都在变化。即这些作业不仅没有达到事前定型化的作业循环，而且在作业过程中还需要频繁变更作业前制定的作业计划。就是说，智能建设机器人一旦开始作业，要用另外的传感器掌握作业的进行情况，碰到硬岩石或者因外部干扰而不能跟踪目标轨道时，要求以知识库为基础，自律进行一系列的动作来变更作业计划。

1.2智能化技术现状及展望

就目前的科学技术水平而言，智能化技术在其各领域的应用中主要体现在先进计算机技术、精密传感技术、智能控制技术、互联网技术、无线遥控技术、GPS导航定位技术等的综合应用。藉此达到优化作业环境，降低劳动强度，保证工作质量，提高生产效率的目的。另可使得一些人力不可及的作业得以完成。同时设备本身的自我感知与适应能力增强，故而可降低运行成本，延长使用寿命。各行业对智能化技术都有着不同程度和范围的应用与尝试。随着调整经济结构和转变经济模式进程的加深，智能化技术水平的提升及成熟，智能化优势将得到广泛体现，其应用范围也会不断扩大。展望未来，到本世纪中期，将有可能以认知科学技术为中心，把信息科学技术、生命科学技术和系统科学技术等高新科学技术结合起来，形成智能（认知）科学技术群。如果真正实现了，人类社会的经济、文化、科学、技术就会产生更大的飞跃，人类文明必将达到一个新的高度。

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