工程机械机群智能化体系结构和关键技术分析

【摘要】对于工程机械而言，在现如今高科技不断发展背景下实现智能化管理已成为必然趋势，并且研究显示机群智能化施工有着广泛的行业需求以及巨大的市场空间，相对于传统工程机械管理而言能够极大提升管理效力。本文基于这一背景，简单阐述了机群智能化实施的意义，分析了智能化的三项分类，并在此基础上提出了几点关键技术。旨在完善机群智能化体系，提升工程机械作业有效性。

【关键词】机群智能化;工程机械设备;关键技术

建立国内工程机械机群智能化技术体系结构首先要结合我国的智能机械行业特点，优先选择工业基础好、市场口碑好、工程使用性能好等具有代表性的工程机械设备（如工程挖掘机、装载机、重型压路机和起重机等）;其次，做好机群的智能同步化研究，实现技术改进，建立合理的智能机群体系结构。总之，需对机群的工作特性跟进研究，优化管理操作施工工艺，加强引进国外先进信息化操控技术、施工理念和施工方法。本文就机群智能化在工程机械体系中的运用展开如下分析：

一、工程机械机群智能化的实施必要性与意义

（一）解决资源配置问题

传统人工指挥操作现场在工程机械使用配置方面存在较大弊端，主要表现为机械资源配置的不合理性。不合理可分为连续使用时长以及工程安排两方面：使用时长方面，机械的连续使用时间存在上限，若长时间使用易造成部件发热，虽然当下可能看不出损害，但对机械使用寿命影响较大;使用安排方面，由于一些工程在工程量方面偏大，机械指挥调度人员无法准确记住所有机械作业时间，因此可能出现某天众多机械同时施工现象，影响现场秩序。智能化体系下，机械设备的工作安排可由程序自动记录并控制，减少不良操作带来的不利影响。

（二）优化物料使用

由于一些物料在采购或配置之后存在一定时效性，在一段时间内没有使用则无法再应用于施工中。传统人工指挥、操作模式下物料可能由于施工流程的延误出现浪费现象。但在工程机械智能化体系下，物料的配给、使用时间等方面均由程序计算得出，更具科学性，调查显示这种物料配置方式能够有效减少工程中浪费现象，提升工程物资利用率。

二、工程机械机群智能化的分类研究

（一）可编程类型

可编程类型指的是在不同工作环境下，操作控制能够通过调整、使工程机械更适应于当下工作环境，对于存在不同任务种类情况较为适用。在控制程序被调整情况下，工程机械能够对不同施工对象或是不同工作环境达到适应性，提高机械操作的使用效率。

（二）远程遥控操作类型

远程遥控操作工程机械的重点是在危险性较高、不适应于操作者现场操作情况。换言之，在工作环境复杂、危险程度高的情况下需通过远程遥控操作实现对工程机械的控制。因此对于安全性难以保障的工程而言，远程遥控操作可有效降低操作人员在工作中受到伤害的风险，提升整个工程安全性。

（三）智能化类型

智能化是一种技术含量相对较高的类型，在智能化操作下，工程机械无需人工现场操作即可实现工程的正常运作。这种技术与远程遥控操作技术相似，施工现场都不需要人员直接参与，而是通过技术设备完成控制。但具体而言，智能化工程机械比遥操作多了一项获取信息、制定策略的自动化模式。在该模式下，微型处理器通过各种类型复杂的传感器实现对现场信息的获取、分析，进而在程序帮助下自主设定出施工策略。总之，智能化类型是一种可实现自我辨别、自我感知、自我控制与自我决策的智能化系统。

三、机群智能化关键技术研究

（一）单机共性关键技术

这种类型的关键技术主要包含以下几点：故障智能判断与解决技术、单机动态运作实时监控技术、卫星GPS位置定位技术、机群网络与接口技术、作业质量判断与监控技术、工程机械设备监管、控制技术等，所有技术共同运作才能够为实现单机的共性提供基础保障。

单机共性要求是通过检测发现故障存在位置，通过提出相应解决方案的程序输入，实现对工程状态检测以及实施故障分析系统的构建，利用远程集中方式实现。在这一条件下，调度作业可实现优化，在施工效率以及现场操作安全性方面效果较好，最终达到集群联合作业无人操作的自动化运行效果。

工程机械作业质量以及作业装置的控制主要目的在于了解影响机群作业的各项因素，例如工作环境、不同工作项目间影响、作业对象等。同时还需研究施工机械适应范围、机群单机作业合格率、作业对象与装置之间的运作机理与相互间作用、检测体系运行效果以及作业质量检测系统运用等。

（二）调度技术

机群系统的组成主要在于控制中心与监控系统两部分。在控制中心中包含了众多模块，不同模块的组合运用组成了不同操作指令，主要模块如下：资源配置模块、数据库模块（包含各种工作参数、机群资源等）、动态调度模块、机群工作环境信息收集模块、故障排查与诊断模块、管理模块以及网络传输模块等，这些模块均为人机交互，为智能化的实现提供保障。

这项技术能够针对工程工序以及工艺上的差异性制定具有针对性的集群组成，确保机群工作工序处于连续状态，并促使各项功能的完整发挥。同时，机群中单机的配置方案、性能指标等均处于受控制状态，能够确保路面施工效率长期保持最高状态（在综合各项影响因素情况下，如能耗、摩擦损耗、故障可能性综合分析等，并非一味考虑速度），让不同机种的匹配趋于合理化。总之，机群调度目的在于优化机群工作模式，让施工在成本、效率等方面的统筹考虑下实现质量最优，提升工程机械体系综合经济效益。

（三）施工中关键技术

工程机械体系中包含了众多机械设备，例如装载机、挖掘机、压路机、混凝土沥青摊铺机以及混凝土搅拌设备等，要想实现机群智能化，上述机械设备同样应该具备更高智能化层次。

除了之前提到的共同智能化技术之外，不同机械设备还应按照自身工作、操作要点完善自身性能，确保在机群工作中能够与其它机械设备协调运作并增强操作稳定性。例如对于摊铺机而言，要想实现智能化应实现以下几点功能：首先应能够自动行驶，自动行驶并非指自行随意行使或是单纯的具备行驶功能，而是指在智能系统发出指令后能够有效接受并按指令发出行驶信号;其次为转向，摊铺机的转向应建立在信息收集系统运作之上，当检测到前方有障碍物时自动发出解决指令并寻找有效行路线，达到转向效果。再如压路机机械，需实现振动幅度的控制以及振动频率的调整，并在线检测地面压实程度，当发现压实未达到相应标准时应再次压实。对于功能较简单的机械设备，如起重机、自卸车以及装载机等，智能化系统要求其可实现自动换挡，帮助作业集成的有效控制。

四、结束语

机群技术属于一种较新型管理技术，运用于工程机械中能够实现对机械设备操作时间、性能等方面的优化，将作业成本降至最低。因此机群技术是现代化施工以及今后机械制造的必然要求与趋势。本文以工程机械中的机群智能化实现为主线，分析了智能化类型与关键技术，相关研究者在今后还需不断加大投入力度，通过对更多机械设备的深入研究达到完全机群智能化控制程度，提升施工效率。

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