梁秀娟，嵇海旭

（廣東海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，廣東湛江 524008）

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)后，全球經(jīng)濟(jì)面臨著重大且深刻的變革，各個(gè)國(guó)家的工程機(jī)械技術(shù)快速蓬勃發(fā)展，展現(xiàn)出一定的信息化、智能化技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。這一優(yōu)勢(shì)主要得益于大量智能機(jī)器與系統(tǒng)的出現(xiàn)及實(shí)踐應(yīng)用，如工程機(jī)械設(shè)備遠(yuǎn)程遙控、智能化作業(yè)、大型施工項(xiàng)目的機(jī)群控制系統(tǒng)等，紛紛出現(xiàn)并在各自工程生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要價(jià)值。

1 工程機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

工程機(jī)械技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用現(xiàn)狀相對(duì)成熟，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)打造出相對(duì)先進(jìn)且高效的工程機(jī)械設(shè)備技術(shù)體系，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已經(jīng)在理論、實(shí)踐兩大層面提出工程機(jī)械核心技術(shù)內(nèi)容。以美國(guó)的卡特彼得998H 型輪式裝載工程機(jī)械設(shè)備為例，其發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速停止與降擋功能表現(xiàn)突出，且在負(fù)荷控制系統(tǒng)與自動(dòng)限位系統(tǒng)在工程機(jī)械生產(chǎn)項(xiàng)目中也發(fā)揮了重要作用。另外，德國(guó)、日本等3S 工程機(jī)械設(shè)備技術(shù)也有諸多優(yōu)點(diǎn)，目前這些設(shè)備技術(shù)已經(jīng)全球范圍內(nèi)體現(xiàn)出較高的工程建設(shè)價(jià)值。

經(jīng)過(guò)了多年發(fā)展，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)已經(jīng)在某些技術(shù)設(shè)備建設(shè)層面取得了很大進(jìn)步，工程機(jī)械技術(shù)已經(jīng)逐漸朝大型化、精密化方向發(fā)展。在某些工程機(jī)械制造技術(shù)的特定領(lǐng)域，它也主要立足于技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)結(jié)合大量先進(jìn)的工程機(jī)械技術(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理改進(jìn)與創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率。因此，將智能化與信息化技術(shù)手段引入工程機(jī)械管理工作進(jìn)程，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)手段內(nèi)容的更新，保證機(jī)械設(shè)備中的核心部件與應(yīng)用到位，提高生產(chǎn)工作效率。

2 工程機(jī)械技術(shù)的智能化、信息化發(fā)展趨勢(shì)

目前工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，智能化、信息化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)比較明朗，大量工程機(jī)械技術(shù)設(shè)備紛紛出現(xiàn)，為工程項(xiàng)目建設(shè)水平提高創(chuàng)造優(yōu)越條件。以電子智能控制技術(shù)為例，它指代操作者通過(guò)電子系統(tǒng)配合計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)配合駕駛室機(jī)械設(shè)備操作與控制展開(kāi)操作，其中靈活變化較少且非常易于操作，對(duì)于增加設(shè)備整體生產(chǎn)運(yùn)行安全穩(wěn)定性幫助較大。下面本文將分析工程機(jī)械技術(shù)中的智能化、信息化發(fā)展趨勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)

在工程機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，不得不提到計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的融合，在原有機(jī)械設(shè)備外觀、功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用方法效率創(chuàng)新基礎(chǔ)上，采用大量計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)內(nèi)容，保證通過(guò)信息化操作系統(tǒng)平臺(tái)打造技術(shù)應(yīng)用體系，通過(guò)操控系統(tǒng)平臺(tái)來(lái)豐富工作內(nèi)容，最大限度優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，減少設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的某些繁瑣環(huán)節(jié)；最大限度代替原有人工檢驗(yàn)、監(jiān)測(cè)技術(shù)流程，全面提升工程機(jī)械設(shè)備所生產(chǎn)產(chǎn)品的安全系數(shù)以及工作精度效率，同時(shí)也能有效消除人工操作中某些細(xì)節(jié)失誤問(wèn)題。

2.2 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是目前工程機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域中的重要技術(shù)，它主要基于信息化智能改造創(chuàng)建良好技術(shù)發(fā)展體系，結(jié)合設(shè)備計(jì)算機(jī)中樞之間的相互互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息傳導(dǎo)，豐富計(jì)算機(jī)中樞內(nèi)容。以某些機(jī)械生產(chǎn)工程項(xiàng)目為例，項(xiàng)目中的傳感設(shè)備在配合壓裂設(shè)備生產(chǎn)工作過(guò)程中提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)高效檢測(cè)效率，同時(shí)將所獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)內(nèi)容再傳導(dǎo)回計(jì)算機(jī)中樞系統(tǒng)，不僅能滿足計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制要求，還可以提高設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)效率。對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行判斷的過(guò)程，主要是利用傳感技術(shù)最大限度地確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況監(jiān)測(cè)與檢測(cè)管理到位，發(fā)揮傳感器技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的同時(shí)保證設(shè)備工作狀態(tài)正常。

2.3 信息傳播轉(zhuǎn)換技術(shù)

在工程機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，信息傳播轉(zhuǎn)換技術(shù)重要性不言而喻，在結(jié)合機(jī)械設(shè)備采用聲波、光線載體過(guò)程中，它可以確保載體重新分析與信息化技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容有效優(yōu)化，確保根據(jù)信息中的指令內(nèi)容展開(kāi)相應(yīng)操作，提高機(jī)械設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在此過(guò)程中，還要解讀并接收載體信息，保證設(shè)備精確工作水平提升，這對(duì)于信息化機(jī)械應(yīng)用價(jià)值水平提升幫助較大。

2.4 智能化技術(shù)

目前的工程機(jī)械設(shè)備通常采用智能化技術(shù)內(nèi)容，如工程機(jī)械機(jī)群多智能主體系統(tǒng)，該系統(tǒng)在智能化信息技術(shù)應(yīng)用方面涉獵面較廣，能大大提高工作效率。目前多主體系統(tǒng)中采用的分布式人工智能技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，它在人工智能與分布式計(jì)算方面相互結(jié)合建立了多主體系統(tǒng)MAS（Multi-Agent System），保證多主體系統(tǒng)能夠合理協(xié)調(diào)、規(guī)劃工程機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)進(jìn)程，有效降低軟硬件使用費(fèi)用，同時(shí)解決工程機(jī)械機(jī)群控制中所存在的各種技術(shù)問(wèn)題。

3 機(jī)群多智能主體系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

在工程機(jī)械技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)群多智能主體系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，下文簡(jiǎn)單分析了其在工程機(jī)械單機(jī)主體改造方案及機(jī)群系統(tǒng)中央主體實(shí)施方案的應(yīng)用。

3.1 單機(jī)主體改造方案

在應(yīng)用工程機(jī)械過(guò)程中，需要對(duì)機(jī)械設(shè)備單機(jī)主體進(jìn)行改造，提出改造方案，即在現(xiàn)有工程機(jī)械基礎(chǔ)上增加大量智能控制器，保證智能化改造進(jìn)程有效推進(jìn)，最終形成機(jī)群系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，需要對(duì)不同工程機(jī)械單機(jī)、拌和機(jī)、壓路機(jī)、裝載機(jī)等進(jìn)行有效調(diào)整，結(jié)合智能化機(jī)群系統(tǒng)對(duì)單機(jī)智能主體進(jìn)行有效優(yōu)化，體現(xiàn)一定的人機(jī)交互能力，優(yōu)化施工環(huán)境中的反應(yīng)能力與感知能力。

在具體的改造方案中，要保證不同工程機(jī)械單機(jī)的智能主體實(shí)現(xiàn)大幅度改造，建立智能控制器核心，了解其加裝結(jié)構(gòu)（圖1）[1]。

圖1 工程機(jī)械生產(chǎn)中單機(jī)智能主體化改造方案示意

其中，智能控制器是運(yùn)行智能主體，其軟件模塊內(nèi)容相當(dāng)豐富，在主體內(nèi)核、反應(yīng)知識(shí)庫(kù)以及功能模塊中設(shè)置人機(jī)接口，保證建立人機(jī)交互機(jī)制，建立感知信息與決策信息輸入及其主體，確保通信模塊能夠依據(jù)無(wú)線通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)GSM 網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信機(jī)制，創(chuàng)建GSM 模塊。這其中還采用了GPS 模塊，建立單機(jī)主體為背景的地理位置信息內(nèi)容，保證決策轉(zhuǎn)化過(guò)程中工程機(jī)械操作有效優(yōu)化，如此可對(duì)應(yīng)不同工程機(jī)械單機(jī)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的改造方案優(yōu)化。在建立通信與GPS 模塊過(guò)程中需要配合拌和機(jī)程序控制計(jì)算機(jī)附加通信模塊，體現(xiàn)GPS 模塊中智能主體軟件應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)過(guò)程如圖2 所示[2]：工程機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中需要利用智能控制器中的諸多接口直接連接通信模塊，激活工程機(jī)械生產(chǎn)中的傳感器、PC 機(jī)、檢測(cè)模塊等，保證控制器豐富接口，使得工程機(jī)械智能主體化技術(shù)操作成為可能。

圖2 工程機(jī)械智能控制器的硬件結(jié)構(gòu)

在創(chuàng)建實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中，則需要利用智能控制器建立實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，體現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本特征，體現(xiàn)較好實(shí)時(shí)性，快速響應(yīng)單機(jī)智能主體技術(shù)內(nèi)容，保證對(duì)硬件資源進(jìn)行有效管理。目前智能控制器系統(tǒng)中一般采用OS-II 公開(kāi)源代碼創(chuàng)建工程機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)內(nèi)核，配合操作系統(tǒng)API 接口、嵌入Linux芯等實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作，提高工程機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中技術(shù)操作系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)越性（圖3）。

圖3 工程機(jī)械實(shí)時(shí)多人物操作系統(tǒng)

3.2 機(jī)群系統(tǒng)中央主體實(shí)施方案

（1）在工程機(jī)械技術(shù)的機(jī)群多智能主體系統(tǒng)中，需要分析機(jī)群系統(tǒng)中的中央主力實(shí)施方案，保證通過(guò)中央主體結(jié)構(gòu)圖分析方案設(shè)計(jì)特征。在建立強(qiáng)大的分布式計(jì)算機(jī)制過(guò)程中，也需要建立綜合決策支持系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與中央主體計(jì)算任務(wù)建立共同承擔(dān)生產(chǎn)空間，確保中央主體在生產(chǎn)過(guò)程中快速反應(yīng)，提高工程機(jī)械生產(chǎn)水平[3]。

（2）為提供相對(duì)方便的人機(jī)交互機(jī)制，不僅需要通過(guò)大屏幕觀察施工現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)應(yīng)用情況以及施工進(jìn)度，還需要通過(guò)中央主體發(fā)送指令分析工程機(jī)械過(guò)程，有效實(shí)現(xiàn)中央主體中人—機(jī)交互模塊的某些功能。實(shí)施改造方案之后，還需要分析中央系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單特征，構(gòu)造千兆網(wǎng)絡(luò)，以提高系統(tǒng)的整體可移動(dòng)性。

（3）在創(chuàng)建機(jī)群系統(tǒng)不同控制主體實(shí)施方案過(guò)程中，需要保證智能主體化改造到位，同時(shí)提出中央主體實(shí)施方案的機(jī)群系統(tǒng)應(yīng)用效能。例如，中央系統(tǒng)應(yīng)建立基于中央主體的人—機(jī)共棲MAPE（Mean Absolute Percentage Error，平均絕對(duì)百分比誤差）混合式結(jié)構(gòu)，控制主體本組單體主機(jī)過(guò)程也是對(duì)知識(shí)推演能力的全面提升，明確工程機(jī)械機(jī)群多智能主體系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)路線，既要采用嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)有效控制多生產(chǎn)主體功能，將控制主體作為智能控制器安裝在工程機(jī)械單機(jī)設(shè)備，同時(shí)在機(jī)群系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)本組單機(jī)主體控制任務(wù)，指定相應(yīng)生產(chǎn)工作控制主體，實(shí)現(xiàn)順利生產(chǎn)過(guò)程?？陀^上，在中央系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)群系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)技術(shù)的改造與優(yōu)化，以確保計(jì)算機(jī)信息技術(shù)數(shù)據(jù)內(nèi)容融入生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮它們的應(yīng)用價(jià)值。

4 總結(jié)

目前工程機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀比較樂(lè)觀，主要是因?yàn)槠鋺?yīng)用內(nèi)容豐富，既可以滿足工程機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程的更高要求，也給予了更有價(jià)值的技術(shù)輔助。未來(lái)通過(guò)相關(guān)研究與分析來(lái)提高工程機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用智能化與信息化也很有必要，不僅會(huì)促進(jìn)技術(shù)與工程生產(chǎn)過(guò)程的發(fā)展和進(jìn)步，確保工程機(jī)械技術(shù)更多元、更豐富方向發(fā)展，還會(huì)在工程生產(chǎn)領(lǐng)域體現(xiàn)出較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，滿足工程項(xiàng)目的多方要求，提高項(xiàng)目的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)水平以及產(chǎn)能等。