劉歡 王洋

摘要：本文分析工程機械機電一體化、機器人化的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，并提出具體的解決措施，促使工程機械更好地為建設項目服務。

關鍵詞：工程機械；機器人化；機電一體化

隨著機器人技術的廣泛應用，計算機技術、信息傳感技術、自動控制技術和人工智能在工程機械中的應用將實現(xiàn)工程機械的自動化，能夠有效地提高系統(tǒng)的可操作性、機動性、安全性和可靠性。可降低油耗和成本，提高運行效率和質量。工程機械機器人在我國起步較晚，但在噴射混凝土機器人、壓路機機器人、自動鋪路機、隧道鉆孔機器人、隧道鏜孔機器人、裝載機器人、挖掘機器人等工程機械機器人研究領域取得了可喜的成果。

1 工程機械一體化機器化

工程機械機器人化涉及機械、電子、信息與控制等多學科知識，主要研究內容包括電液伺服控制技術、遙控與自動控制技術、系統(tǒng)智能監(jiān)測與診斷技術、作業(yè)對象識別與智能控制技術（如圖1所示）。

圖1工程機械機器人化關鍵技術

2 工程機械機電一體化、機器人化過程中存在的問題

2.1 機械對工作對象的識別能力較差

工程在生產(chǎn)和建設過程中需要應用大量的機械設備。機械設備圍繞工作內容而開展，并且跟隨作業(yè)對象在移動。由于作業(yè)對象和作業(yè)環(huán)境會隨著工作開展的程度而不斷變化，且無規(guī)律可以遵循，如地下環(huán)境和地上的障礙物隨時會發(fā)生變化，所以需要機械操作人員隨時觀察工程建設的現(xiàn)場施工情況，監(jiān)測工程現(xiàn)場的作業(yè)情況，根據(jù)現(xiàn)有的作業(yè)環(huán)境對其做出準確判斷，以更好地指揮機械設備，促使其順利完成工作任務。

由于機械對作業(yè)對象的自我感應能力較弱，面對不確定的工作環(huán)境和工作內容無法找尋其工作規(guī)律，所以需要操作人員運用自身的技術對其進行操作，在不同環(huán)境下采用不同的工作方式。因此，現(xiàn)階段所運用的工程機械無法滿足實際應用的需求。后續(xù)的研究工作中，為了讓工程機械更好地為施工現(xiàn)場服務，要不斷提高工程機械的判斷和識別能力，研發(fā)出適應作業(yè)環(huán)境變化的新型智能機械設備。

2.2 施工環(huán)境對工程機械機器人提出了較高要求

工程機械的作業(yè)場所主要在室外，施工環(huán)境多為40℃以上的高溫或者是-30℃以下的低溫，大風天氣較多，且伴有暴雪、塵埃等，作業(yè)環(huán)境十分惡劣。除了天氣對施工環(huán)境造成較大影響外，施工場所經(jīng)常受到強烈的沖擊和震動，甚至在某些作業(yè)環(huán)境下機械設備無法開展工作。例如，在-35℃的天氣下，土壤受到寒冷天氣的影響形成凍土層，無法開展挖掘工作，或者是挖掘速度較慢且對設備的損傷較大。所以，這對控制系統(tǒng)提出了更高要求，希望智能設備能夠適應各種作業(yè)環(huán)境，并且保證其運行效率。

2.3 工程機械機電一體化和機械人技術融合度較低

工程機械投入到實踐應用領域，需要涉及到機電、光學、生物等多個學科中的內容，才能保證其滿足智能化發(fā)展的需求。通過研究現(xiàn)階段工程機械設備的智能化系統(tǒng)，結合實際工作情況，發(fā)現(xiàn)智能機械設備的信息處理能力較低，各種程序之間的協(xié)調能力較差。并且由于技術的融合水平較低，機械設備無法通過自控系統(tǒng)完成全部的操作內容，需要操作人員協(xié)助其開展工作?？梢姡夹g的發(fā)展水平和融合程度較低，亟待工程機械設備的技術研發(fā)人員加大研發(fā)力度，提高工程機械的智能化水平。

3 智能監(jiān)測與診斷技術

工程機械往往工作在復雜惡劣環(huán)境下，對系統(tǒng)工況進行實時監(jiān)測，并進行故障診斷與報警是提高安全性和可靠性的關鍵。在工程機械的關鍵部位安裝傳感器，定量監(jiān)測系統(tǒng)中溫度、振動、轉速、流量、壓力、位移與變形等參數(shù)，利用現(xiàn)代信號處理技術提取信息特征，再通過專家系統(tǒng)推理判斷，提前預報系統(tǒng)危險工況并提示相關維修策略。以往的工程機械監(jiān)控系統(tǒng)中，通常采用嵌入式微控制器直接采集信息，或僅采用總線控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)監(jiān)控。

4 實現(xiàn)工程機械機電一體化、機器人化的有效措施

4.1 提高工程機械的識別能力

工程項目的施工環(huán)境較為復雜，作業(yè)條件經(jīng)常變化。為了提高施工效率，減少操作人員的參與，需加大研發(fā)力度，提高工程機械的識別能力。首先，設備的研究部門要深入施工現(xiàn)場，了解不同作業(yè)環(huán)境對機械設備所提出的要求。其次，與科研院校進行合作，提高工程機械設備的技術含量。通過提升智能化水平的方式，更好地感應作業(yè)環(huán)境的變化，讓機械設備通過傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調整其作業(yè)方式，適應作業(yè)環(huán)境的變化，滿足作業(yè)對象提出的多種要求，從而提高工程的施工效率。

4.2 工程機械要滿足作業(yè)環(huán)境的需求

通過分析施工現(xiàn)場工程機械的運行和發(fā)生的故障，受高溫或者低溫等自然因素的影響，電氣、傳感器等設備在正常溫度下可以開展工作，但在施工現(xiàn)場卻難以開展。因此，要調整工程機械設備上的元件。首先，機械設備研發(fā)人員研發(fā)出適應惡劣天氣的設備元件，在各種環(huán)境下均可以保持良好的工作狀態(tài)。

其次，施工人員要定期檢修和維護設備，避免出現(xiàn)停工修理機械設備的現(xiàn)象。最后，保護好控制元件，對必要的設備做好隔離和反干擾措施，減少外界環(huán)境對機械設備的影響。

4.3 提高技術的融合度

工程項目的作業(yè)環(huán)境和工作內容，對工程機械設備提出了較高的技術要求。只有機械設備的技術水平高，才能最大限度地降低人工介入，進而提高施工速度和效率。同時，為了了解工程機械的施工緊張情況，需要工程機械傳輸大量的圖像資料，通過圖像資料找出其所在的位置等?，F(xiàn)階段，智能化的應用水平較低，需要多種設備分散進行，才能完成工程建設的工作內容。因此，工程機械設備只有將光學、計算機、自動控制等多個領域的知識進行有效融合，并平行向前發(fā)展，才能加快機電一體化和機器人化建設的步伐。

5 結語

隨著工程項目的發(fā)展，應用設備機械化水平不斷提高。受國家政策上的支持和大學、科研機構的參與，工程機械機電一體化和機械人化取得了較好發(fā)展。由于施工環(huán)境較為惡劣，技術發(fā)展不完善，它在實際應用中存在一定的不足。所以，要加大研發(fā)力度，不斷改進設備工藝，進而更好地投入到實踐工作領域，從而推動其更好地發(fā)展。

參考文獻：

[1]索小娟，陳光偉，王娜.工程機械機電一體化技術的應用與發(fā)展[J].科技傳播，2013，（14）：157-158.

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（作者單位：長城汽車底盤事業(yè)部）