周峰，連超

（威海石島重工有限公司，山東 威海 264309）

在國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快的背景下，工程機械制造領(lǐng)域?qū)﹄姎庠O(shè)備自動化技術(shù)的應用占據(jù)關(guān)鍵地位。工程機械設(shè)備穩(wěn)定性、適用性與整個行業(yè)的生產(chǎn)效率密切相關(guān)。因此，該行業(yè)對機械設(shè)備各項指標的控制要求是非常嚴格的。生產(chǎn)控制領(lǐng)域中電氣自動化技術(shù)不但能夠?qū)こ虣C械設(shè)備功能進行合理優(yōu)化，還可以促進系統(tǒng)控制效率的提升，推動機械設(shè)備自動化系統(tǒng)升級創(chuàng)新。因此，我們需要積極嘗試掌握電氣自動化技術(shù)控制要點，與機械設(shè)備實際情況相結(jié)合，落實一套完善的機械控制系統(tǒng)模式，考慮工程機械設(shè)備應用要點，解決傳統(tǒng)機械設(shè)備控制模式中存在的一系列問題，推動機械設(shè)備控制模式的創(chuàng)新與優(yōu)化發(fā)展。

1 工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用意義

工程機械領(lǐng)域電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用不斷成熟與發(fā)展，為促進電氣設(shè)備自動化技術(shù)與效率的合理提升，需要使工程機械電氣設(shè)備工程運作呈現(xiàn)出標準化以及制度化發(fā)展趨勢。尤其是我國當前社會經(jīng)濟發(fā)展速度提升，工程機械領(lǐng)域行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，導致工程機械以及電氣設(shè)備安裝行業(yè)規(guī)模增大。同時，受相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展速度進一步提升的影響，工程機械以及電氣設(shè)備安裝呈現(xiàn)出專業(yè)化發(fā)展趨勢。為了滿足工程機械電氣設(shè)備自動化發(fā)展需求，需要落實全方位標準化管理，采取一系列科學方法對項目管理內(nèi)容進行嚴格控制，以促進項目施工效率的提升，確保項目建設(shè)任務的順利落實。在工程機械以及電氣設(shè)備安裝環(huán)節(jié)中，落實項目控制策略，確保項目戰(zhàn)略措施實施期間自動化技術(shù)優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。依賴于項目管理措施的有效落實，可減少資源浪費問題，同時推動行業(yè)經(jīng)濟效益水平的提升。同時，基于對電氣設(shè)備自動化技術(shù)的應用，通過引入BIM 技術(shù)的方式，在工程機械電氣設(shè)備安裝中預先進行仿真計算，以獲取準確數(shù)據(jù)并在實際安裝應用中加以體現(xiàn)，以保障工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用價值的順利實現(xiàn)。

2 工程機械電氣設(shè)備自動化應用原則

（1）技術(shù)性原則。工程機械設(shè)計制造技術(shù)持續(xù)發(fā)展與更新，對保障工程機械設(shè)計制造領(lǐng)域自動化生產(chǎn)設(shè)備持續(xù)優(yōu)化有重要促進的作用。在自動化生產(chǎn)設(shè)備應用期間，需要確保最終成品達到滿意狀態(tài)，使其能夠符合預期設(shè)計標準，同時使機械設(shè)備使用發(fā)展需求得到充分滿足。在工程機械制造設(shè)計領(lǐng)域中，需要對技術(shù)性指標內(nèi)容進行充分考量，包括設(shè)備使用年限以及工作強度等，以提高工程機械設(shè)備與市場需求的契合性，減少設(shè)計以及制造弊端對電氣設(shè)備應用所產(chǎn)生不良影響。同時，考慮經(jīng)濟性問題，自動化生產(chǎn)設(shè)備應用具有一定成本，若設(shè)計制造環(huán)節(jié)沒有實現(xiàn)對成本的轉(zhuǎn)化，導致電氣自動化設(shè)備應用產(chǎn)生副作用，導致企業(yè)回報受到影響，難以實現(xiàn)設(shè)計成果的轉(zhuǎn)化與發(fā)展。

（2）標準化原則。工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用核心目的是對成品進行批量化生產(chǎn)，以優(yōu)化設(shè)備應用效果，支持經(jīng)濟利益目標的實現(xiàn)。為了保證工程機械生產(chǎn)制造效率，為成品批量化生產(chǎn)提供制造標準，就需要提高自動化生產(chǎn)技術(shù)的應用。一方面，需要落實機械設(shè)計制造產(chǎn)品專業(yè)化標準，形成尺寸、規(guī)格等標準，減少電氣設(shè)備批量生產(chǎn)中存在的設(shè)計、生產(chǎn)誤差問題，使同一批次產(chǎn)品質(zhì)量保持一致狀態(tài)。另一方面，需要針對工程機械設(shè)備設(shè)計、制造以及維護環(huán)節(jié)工作建立系列標準，落實標準化維護保養(yǎng)作業(yè)，以保障設(shè)備穩(wěn)定以及長效運行，提高設(shè)備故障檢測處理能力，達到優(yōu)化設(shè)備應用效果的目的。

（3）安全性原則。作為現(xiàn)代化生產(chǎn)中的基礎(chǔ)與標準，安全生產(chǎn)對避免安全事故影響工程機械設(shè)計制造有重要意義。在自動化電氣設(shè)備應用期間，需要避免設(shè)備零件在生產(chǎn)加工期間出現(xiàn)異常變形問題，確保安全生產(chǎn)質(zhì)量標準與設(shè)備功能的相符性，以促進機械設(shè)計制造工作水平的提升，保障安全生產(chǎn)工作有序開展。同時，自動化生產(chǎn)設(shè)備應用期間，需要重視對設(shè)備的合理調(diào)試，評估工程機械電氣設(shè)備在運行期間面臨的一系列安全風險問題，進行全面處理，以保障機械設(shè)備制造作業(yè)的順利實現(xiàn)。除此以外，在設(shè)備運行期間，還需要著重考慮評估環(huán)境因素對安全生產(chǎn)所產(chǎn)生的不良影響，在滿足電氣設(shè)備自動化功能的同時，采取有效措施控制自動化生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲、廢氣等問題。

（4）復雜性。工程機械電氣設(shè)備自動化調(diào)試作業(yè)實施前，需要配備專業(yè)調(diào)試人員展開檢驗與調(diào)試工作，對電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用期間存在的問題進行修復與處理。同時，不同調(diào)試環(huán)節(jié)還存在工作人員專業(yè)能力參差不齊因素的影響，導致調(diào)試工作面臨較大難度，對工作人員素養(yǎng)水平以及專業(yè)水平提出了較高要求。調(diào)試修復的方法包括人工錄入測試代碼以及調(diào)試工具執(zhí)行等內(nèi)容。在此期間，及時發(fā)現(xiàn)破綻并對代碼進行修改，避免差錯事件發(fā)生。從這一角度上來說，對工程機械電氣設(shè)備自動化調(diào)試工作的要求是相當嚴格與復雜的。

3 工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用要點

（1）機械設(shè)備虛擬模型設(shè)計。在機械制造領(lǐng)域中，對虛擬仿真機械設(shè)計模型技術(shù)的應用已經(jīng)非常普遍與成熟。工作人員可以嘗試以虛擬化機械模型為依據(jù)，展現(xiàn)機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部組成特征，以精確設(shè)計機械系統(tǒng)各個部位結(jié)構(gòu)參數(shù)。相較人工機械設(shè)計方案而言，虛擬化機械設(shè)計仿真能夠大大節(jié)約設(shè)計成本，確保不同業(yè)務領(lǐng)域人員在機械設(shè)計中積極配合與協(xié)同。虛擬仿真技術(shù)輔助下立體化模型在工程機械設(shè)計領(lǐng)域中得到了廣泛應用。以智能化BIM 機械設(shè)計模型為例，立體化模型能夠?qū)C械系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)基本特征充分展現(xiàn)出來，設(shè)計人員可以對立體化機械設(shè)計方案形成全面認知，降低設(shè)計缺陷誤差的發(fā)生率。在機械系統(tǒng)模型構(gòu)建期間，要求工作人員掌握BIM 模型使用方法，正確應用系統(tǒng)輔助軟件，以密切工程機械設(shè)計環(huán)節(jié)與制造領(lǐng)域技術(shù)人員的銜接關(guān)系。以板式塔為例，其內(nèi)部部件、管路相對復雜，操作點以及觀察點眾多，需要精密確定各個部件尺寸、位置以及連接，并配合對Cinema 4D 的應用，進行部件建模處理。然后將所有部件導入一個統(tǒng)一的模型文件中，根據(jù)實物尺寸對模型位置以及大小進行調(diào)節(jié)，將各自材質(zhì)球在部件中進行加載，以滿足高度仿真需求。系統(tǒng)通過公式對實驗數(shù)據(jù)進行處理計算，在“數(shù)據(jù)處理”界面，給出各項實驗參數(shù)及求得的理論塔板數(shù)，并借助NGUI 插件繪制對角線、相平衡線、精餾段操作線、q 線、提餾段操作線、理論塔板梯級，過程直觀，有助理解。設(shè)計中采取自上至下的設(shè)計方法，首先，對各個部件進行建模處理，然后采用設(shè)計表進行參數(shù)化處理，創(chuàng)建總布局草圖以參考的平面，對各個部件進行裝配定位，然后通過添加方程式的方式滿足參數(shù)化驅(qū)動需求。在此過程中，首先調(diào)動零部件參數(shù)表格，對工藝參數(shù)與型號進行修改，調(diào)節(jié)設(shè)計表參數(shù)化零部件，然后對參數(shù)化配置進行修改。然后開啟總裝配模型對應設(shè)計參數(shù)表，對壓力容器零部件的位置參數(shù)進行修改，并將設(shè)計表導入總裝配模型中，驅(qū)動模型或獲取壓力容器對應的張培模型。最后，打開工程圖自動更新并對圖面進行團縱橫，相關(guān)參數(shù)與零部件保持連接關(guān)系，更新后參數(shù)進行調(diào)節(jié)，無須手動進行修改。

（2）埋弧焊接技術(shù)。此項技術(shù)是指電弧在焊劑層下方燃燒，以支持焊接目標的實現(xiàn)，目前，被廣泛應用于工程機械設(shè)備元件焊接中。從電氣設(shè)備自動化技術(shù)應用角度上來說，埋弧焊接技術(shù)得到了深入應用，且技術(shù)具有成熟性特征，可以分為半自動焊接以及全自動焊接兩種類型。以全自動埋弧焊接技術(shù)為例，其可以依托機械設(shè)備完成埋弧焊全部工作，保障焊接質(zhì)量，支持量產(chǎn)目標實現(xiàn)。而對于零配件制造要求較高且焊接數(shù)量相對較少的焊接件而言，可以嘗試應用半自動埋弧焊技術(shù)達到滿意效果。在對工程機械設(shè)備零部件進行制造期間，需要根據(jù)制造需求對焊接模式進行合理選擇。在電弧熱的影響下，焊絲端產(chǎn)生熔化，為焊絲提供空間支持，確保焊絲熔化速度與焊絲送進速度達到平衡狀態(tài)，以滿足自動化目標的實現(xiàn)。

（3）輪式移動機械人動力學路徑跟蹤控制。作為機械人的典型類型，輪式移動機械人運動靈活，同時具有操作性強、結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)勢，在多個行業(yè)領(lǐng)域有廣泛應用?，F(xiàn)代電氣設(shè)備自動化技術(shù)發(fā)展過程中，輪式機械人自主行動能力越來越多，支持自主避障、路徑跟蹤以及軌跡跟蹤等功能的實現(xiàn)。以路徑跟蹤為例，其作為工程機械領(lǐng)域電氣設(shè)備自動化的一大研究內(nèi)容，可支持自動運動功能的實現(xiàn)。但現(xiàn)階段控制方法多建立在運動學模型上，基于對運動學誤差模型的應用，對路徑跟蹤控制器進行設(shè)計。同時，對外部干擾因素影響下路徑跟蹤控制器進行設(shè)計，支持應用控制策略確保移動機械人跟蹤期望路徑。同時，還有研究人員嘗試對機械人行走路線以及行駛速度進行分級控制，支持路徑跟蹤方法的實現(xiàn)，在此期間應用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以支持對任意路徑的精確跟蹤。需要注意的是，由于基于運動學模型的控制算法并沒有將移動機械人動力特性納入考量范疇，因此研究學者嘗試對路徑和跟蹤控制器進行設(shè)計，構(gòu)建動力學模型，并通過仿真驗證算法的可靠性。

（4）遠程控制應用。傳統(tǒng)工程機械依賴工作人員完成，無論對機械設(shè)備進行何種操作，最重要的工作仍然需要由工作人員負責完成。部分情況下，受作業(yè)場所條件限制的影響，機械自動操作存在一定的局限性。而工程機械電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)的發(fā)展使得工程機械裝備遙控作業(yè)得到了可靠實現(xiàn)，一方面，保障了工作人員安全，突破對機械設(shè)備進行控制的時空限制；另一方面，可以促進機械設(shè)備生產(chǎn)效率的提升。尤其是對于存在危險性因素的室外工程而言，機械設(shè)備控制可以節(jié)約大量人工投入，通過安裝感應器裝置與顯示器的方式，支持機械操作功能的順利實現(xiàn)。在此期間呈現(xiàn)影像資料，故障發(fā)生后也能第一時間定位并進行處理。

（5）數(shù)控機床設(shè)備應用。機床設(shè)備中對多電機驅(qū)動系統(tǒng)的應用是非常廣泛的，當前技術(shù)條件支持下，多采取橫向電機布置方案。受生產(chǎn)規(guī)模擴大因素影響，導致裝機容量持續(xù)性增加，一方面確保設(shè)備運行平穩(wěn)，另一方面促進設(shè)備工作效率提升。因此，這類工程機械設(shè)備備受機床生產(chǎn)企業(yè)的青睞。在電氣自動化技術(shù)應用期間，以計算機為核心，配合對故障診斷以及感知技術(shù)的應用，滿足裝備自動化技術(shù)需求。尤其是在工程機械領(lǐng)域CNC 技術(shù)發(fā)展背景下，傳送設(shè)備呈現(xiàn)出多元化、重型化發(fā)展趨勢，通過引入雙速馬達設(shè)備的方式，結(jié)合對計算機技術(shù)的應用，滿足數(shù)控機床制造全程的監(jiān)控功能實現(xiàn)。

4 結(jié)語

在當前時代發(fā)展背景下，工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)的合理應用能夠避免風險發(fā)生，推動企業(yè)健康發(fā)展?；趯ψ詣踊夹g(shù)的綜合應用，可靠防護電氣設(shè)備，節(jié)約人工成本，有極高的應用價值。本文嘗試對工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)問題展開研究，首先，對工程機械電氣設(shè)備自動化技術(shù)的應用意義進行分析，然后對工程機械電氣設(shè)備自動化應用的基本原則進行闡述，包括技術(shù)性、標準性、安全性以及復雜性這4 個方面的內(nèi)容。最后，對自動化技術(shù)的應用要點與方向進行論述，闡述了機械設(shè)備虛擬模型設(shè)計、埋弧焊接技術(shù)、輪式移動機械人動力學路徑跟蹤控制、遠程控制應用以及數(shù)控機床設(shè)備應用這幾個方面的內(nèi)容。希望能夠引起業(yè)內(nèi)關(guān)注，以促進電氣設(shè)備自動化技術(shù)的發(fā)展與完善，滿足工程機械設(shè)計制造所需。