工程機(jī)械智能化技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化已經(jīng)成為工程機(jī)械發(fā)展的主流趨勢(shì)。而且，智能化在各個(gè)領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應(yīng)用，不僅可以有效提高工作效率，還可以降低成本。工程機(jī)械行業(yè)是為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是裝備制造業(yè)中最重要的子行業(yè)，屬于國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的領(lǐng)域之一，其制造技術(shù)的發(fā)展能夠充分帶動(dòng)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)進(jìn)步，是國(guó)家綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。同時(shí)，工程機(jī)械面對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、參與全球競(jìng)爭(zhēng)，先進(jìn)的制造技術(shù)已成為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。由此可見，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)走智能化之路已經(jīng)迫在眉睫。

智能化裝備行業(yè)的現(xiàn)狀

智能化制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高產(chǎn)品對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)。智能化制造技術(shù)不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場(chǎng)分析、生產(chǎn)管理、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過程。智能化制造強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及物質(zhì)流和能量流，還涉及信息流和知識(shí)流，即四維集成和四流交匯是智能化制造技術(shù)的重要特點(diǎn)。智能化制造技術(shù)更加重視制造過程組成和管理的合理化和革新，它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成。

總而言之，工程機(jī)械設(shè)備通過現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集等方面的應(yīng)用，從而使產(chǎn)品在工作和生產(chǎn)中更多地采用智能化方式，減少人員的工作量。

長(zhǎng)期以來(lái)，全球市場(chǎng)工程機(jī)械技術(shù)產(chǎn)品被美國(guó)、日本、西歐、俄羅斯等國(guó)際大型企業(yè)集團(tuán)所壟斷。經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，我國(guó)裝備制造業(yè)也取得傲人成績(jī)，以中聯(lián)、三一、徐工、濰柴為代表的中國(guó)企業(yè)揭起海外并購(gòu)熱潮，引領(lǐng)我國(guó)裝備制造業(yè)產(chǎn)品技術(shù)市場(chǎng)品牌全面升級(jí)。

然而，目前我國(guó)裝備制造業(yè)仍然是大而不強(qiáng)。隨著中低端產(chǎn)品加工制造產(chǎn)業(yè)重心向東南亞等發(fā)展中國(guó)家轉(zhuǎn)移，發(fā)達(dá)國(guó)家再工業(yè)化戰(zhàn)略引發(fā)高端制造企業(yè)快速發(fā)展，我國(guó)裝備制造業(yè)在全球地位面臨挑戰(zhàn)。要應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，產(chǎn)品智能化與生產(chǎn)過程的智能化水平將成為我國(guó)裝備制造業(yè)未來(lái)能否在強(qiáng)手如云的全球裝備市場(chǎng)中勝出的重要武器。

智能化在工程機(jī)械行業(yè)

對(duì)于裝備制造業(yè)來(lái)說(shuō)，人力正在超越原材料成為最大的成本支出，如果不加快裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，走智能化發(fā)展道路，行業(yè)利潤(rùn)空間將被進(jìn)一步壓縮。

那么，工程機(jī)械行業(yè)將如何實(shí)現(xiàn)智能化，其最直觀的表現(xiàn)就是機(jī)器人的引入。目前，很多企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)過程中大規(guī)模使用機(jī)器人進(jìn)行焊接、涂裝、裝配等工作。據(jù)了解，2005年—2015年，全球工業(yè)機(jī)器人的年均銷售增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將為9%，而中國(guó)工業(yè)機(jī)器人年均銷售增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將達(dá)到25%。到2015年，中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)需求或?qū)⑦_(dá)3.5萬(wàn)臺(tái)，占全球總量的16.9%，成為規(guī)模最大的機(jī)器人使用市場(chǎng)。

目前，在產(chǎn)品生產(chǎn)中使用智能化機(jī)器人已經(jīng)是一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象。然而，更多人在提到智能化產(chǎn)品的時(shí)候往往想到的是無(wú)人駕駛，這個(gè)技術(shù)也是眾多工程機(jī)械廠商所一直追捧并不斷深入研發(fā)的。

前不久，在沃爾沃濟(jì)南的新研發(fā)中心，一款可根據(jù)實(shí)時(shí)工況自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的挖掘機(jī)亮相。該款產(chǎn)品可以在完成工作的同時(shí)保證駕駛的平穩(wěn)性和舒適性。另一款裝載機(jī)則是完全無(wú)人駕駛，僅依靠電腦自行判斷完成裝載任務(wù)。據(jù)沃爾沃技術(shù)人員介紹，雖然這款裝載機(jī)目前只停留在技術(shù)層面，還未完全面向市場(chǎng)，但其市場(chǎng)前景無(wú)疑是樂觀的。

2013年，山推在其全液壓推土機(jī)上成功應(yīng)用無(wú)人駕駛技術(shù)。通過自主開發(fā)控制程序，可進(jìn)行人工操作和無(wú)線遙控。在無(wú)線遙控的情況下，山推成功實(shí)現(xiàn)了推土機(jī)的啟動(dòng)、熄火、行走系統(tǒng)、工作裝置系統(tǒng)等全部基本功能。

而最早涉及無(wú)人駕駛領(lǐng)域的企業(yè)當(dāng)屬卡特彼勒，其早在上世紀(jì)80年代就開始了礦用自卸卡車無(wú)人駕駛技術(shù)的研發(fā)，并取得了成功。從1994—1995年開始進(jìn)行測(cè)試，到1996年，卡特彼勒自動(dòng)化的777D礦用自卸車正式推出，并逐步進(jìn)入市場(chǎng)。據(jù)了解，到目前為止，卡特彼勒無(wú)人駕駛的789礦用車已經(jīng)開始應(yīng)用，其效果得到了客戶的認(rèn)可。

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和社會(huì)的信息化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，顧客需求日趨多樣化。針對(duì)工程機(jī)械這個(gè)典型行業(yè)在面對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)的殘酷局面和新技術(shù)、新工藝的挑戰(zhàn)中求得生存與發(fā)展，必須解決TQCS難題，即以最快的上市速度(T)、最好的質(zhì)量(Q)、最低的成本(C)、最優(yōu)的服務(wù)(S)來(lái)滿足不同顧客的需求。而解決這一難題的最有效手段就是智能化制造。智能制造是“中國(guó)制造”努力的目標(biāo)。中國(guó)是制造大國(guó)，如今國(guó)內(nèi)外形勢(shì)變化，加上勞動(dòng)力成本上升，中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)迫在眉睫。

高端裝備制造業(yè)是以高新技術(shù)為引領(lǐng)，處于價(jià)值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，決定著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈綜合競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的脊梁，是推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的引擎。從目前來(lái)看，我國(guó)“十二五”規(guī)劃對(duì)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，柔性化生產(chǎn)、自動(dòng)化、數(shù)字化等為基礎(chǔ)的智能化制造將成為行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)，2015年我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)固定資產(chǎn)投資達(dá)1000億元，其中對(duì)智能化制造方面的投入將高達(dá)300億元。這將使國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的整體智能化制造水平在“十二五”末邁上一個(gè)新臺(tái)階。

眾所周知，中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的低位運(yùn)行已經(jīng)持續(xù)多年，眾多企業(yè)及行業(yè)人士都認(rèn)識(shí)到智能化是工程機(jī)械發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，到目前為止，不同的工程機(jī)械企業(yè)均將智能化付諸于生產(chǎn)實(shí)踐中，由此工程機(jī)械產(chǎn)品獲得了新的發(fā)展機(jī)遇。

“互聯(lián)網(wǎng)+”讓高鐵施工更智能壓路機(jī)裝上GPS

開了十多年壓路機(jī)的陳文生最近嘗了一招鮮，駕駛室里的一塊顯示屏，能及時(shí)告訴他哪塊壓好了，哪塊還要再壓幾遍，非常直觀方便。

陳文生是西(安)成(都)鐵路客運(yùn)專線中鐵一局項(xiàng)目部戶縣東站施工現(xiàn)場(chǎng)的司機(jī)。

他所說(shuō)的顯示屏是“路基連續(xù)壓實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)”的一個(gè)終端，今年3月，項(xiàng)目部率先在全線引進(jìn)了這套系統(tǒng)。

施工機(jī)械上的GPS衛(wèi)星定位功能掌握碾壓機(jī)所在的線路設(shè)計(jì)位置;機(jī)械輪碾上的振動(dòng)傳感器將碾壓相關(guān)數(shù)據(jù)通過3G模塊，傳輸?shù)?00公里外的成都系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器實(shí)時(shí)分析處理，又將數(shù)據(jù)迅速傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)工作平臺(tái)。這時(shí)，司機(jī)通過駕駛室安裝的電腦屏幕、工作人員通過手機(jī)終端或互聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)可以看到相關(guān)信息。

這樣的管理方式，既提高施工質(zhì)量也加快了施工進(jìn)度。如果施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)違規(guī)操作或者壓實(shí)數(shù)據(jù)不合格，顯示屏和各個(gè)終端都會(huì)收到報(bào)警提示。

鐵路客專施工里程較長(zhǎng)，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控管理是一個(gè)普遍難題。在鐵路路基填筑工程中，由于傳統(tǒng)作業(yè)模式無(wú)法實(shí)時(shí)記錄和檢查現(xiàn)場(chǎng)填筑整體壓實(shí)度情況，容易出現(xiàn)漏壓、過壓，導(dǎo)致后期路基部分出現(xiàn)坍塌和沉降等質(zhì)量問題;完工后，常規(guī)檢測(cè)采用點(diǎn)抽檢的方法，又無(wú)法完整檢查全路段壓實(shí)質(zhì)量。

自3月以來(lái)，項(xiàng)目部在路基連續(xù)壓實(shí)應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)指導(dǎo)及協(xié)調(diào)下，碾壓路基填料23萬(wàn)立方米，計(jì)1.35公里，折合層數(shù)52層。碾壓工作效率提高了30%，同時(shí)使路基碾壓面整體壓實(shí)度無(wú)薄弱區(qū)域，一次性質(zhì)量檢測(cè)通過率達(dá)到100%。

西安至成都客運(yùn)專線全長(zhǎng)519公里，是我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的重點(diǎn)項(xiàng)目，也是我國(guó)首條穿越秦嶺、大巴山區(qū)的高速鐵路，預(yù)計(jì)2017年西成客專開通運(yùn)營(yíng)。項(xiàng)目部總工程師趙紅剛告訴記者，項(xiàng)目部在施工管理中，還將“互聯(lián)網(wǎng)+”思維應(yīng)用到混凝土生產(chǎn)、物資管理等相關(guān)環(huán)節(jié)，在顛覆傳統(tǒng)鐵路管理模式的同時(shí)，也讓鐵路客專建設(shè)質(zhì)量隱患無(wú)處隱形，大大提升了中國(guó)高鐵的施工管理水準(zhǔn)。

智能控制系統(tǒng)對(duì)于無(wú)人駕駛工程機(jī)械的重要性不言而喻，而在這一輪工業(yè)革命大潮里，廈工與中航工業(yè)西安飛行自動(dòng)控制研究所聯(lián)合推出的XGJE捷馭電傳智控系統(tǒng)，正掀起我國(guó)工程機(jī)械新一輪技術(shù)變革浪潮，引領(lǐng)著我國(guó)工程機(jī)械智能化大踏步向前走。

▲配裝XGJE智控系統(tǒng)的廈工智能產(chǎn)品正在進(jìn)行作業(yè)演練

“廈工XGJE智控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了徹底升級(jí)，機(jī)器完全實(shí)現(xiàn)了電控化，功能拓展可通過軟件實(shí)現(xiàn)。并且該系統(tǒng)采用了航空電液系統(tǒng)中的DDV閥，與傳統(tǒng)的伺服閥相比具有精度高、響應(yīng)快、可靠性高、抗污染能力強(qiáng)等特點(diǎn)?！?廈門廈工機(jī)械股份有限公司工程技術(shù)研究院院長(zhǎng)助理卓繼文表示。

傳統(tǒng)機(jī)械大多數(shù)采用手動(dòng)操縱閥和先導(dǎo)閥來(lái)控制機(jī)器，一般來(lái)說(shuō)都是需要操作手在機(jī)器駕駛室進(jìn)行操作，機(jī)器在惡劣工況環(huán)境中施工，操作手舒適度較差，進(jìn)而降低了操作手的工作效率?！岸鵁o(wú)人駕駛工程機(jī)械在這一點(diǎn)上則可以很好的彌補(bǔ)人力操作的缺失?！弊坷^文說(shuō)道。

廈工目前在無(wú)人駕駛的挖掘機(jī)和裝載機(jī)已經(jīng)裝備最新研發(fā)的智控系統(tǒng)，二者在技術(shù)上各有特點(diǎn)?！盁o(wú)人駕駛的挖掘機(jī)和裝載機(jī)，兩者電控原理是相近的，挖掘機(jī)動(dòng)作數(shù)量多，動(dòng)作的匹配難度大。但是，挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率到液壓泵，主要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)之間的功率流匹配。而裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)需要通過變矩器、變速箱將動(dòng)力輸出到機(jī)械行走系統(tǒng)和液壓、制動(dòng)系統(tǒng)，匹配難度較大。因此，僅從無(wú)人駕駛的角度來(lái)看，挖掘機(jī)難度較大，若要實(shí)現(xiàn)全電控化，裝載機(jī)的難度可能會(huì)更大?！痹谡劦絻煞N無(wú)人駕駛機(jī)械的區(qū)別時(shí)卓繼文說(shuō)道。

▲新一代高空破拆智能挖掘機(jī)XG826i

目前，行業(yè)整體形勢(shì)呈現(xiàn)回暖勢(shì)頭，但仍然需要用冷靜客觀的眼光去看待。國(guó)內(nèi)工程機(jī)械市場(chǎng)已經(jīng)萎縮，雖然有所復(fù)蘇，但也不大可能出現(xiàn)之前的“繁榮”，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)非常嚴(yán)重。卓繼文談到：“只有企業(yè)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級(jí)重點(diǎn)是研發(fā)具有特色的主打產(chǎn)品，才能擺脫現(xiàn)有的惡性競(jìng)爭(zhēng)局面，引導(dǎo)行業(yè)向技術(shù)差異化競(jìng)爭(zhēng)方向轉(zhuǎn)變，通過產(chǎn)品不斷創(chuàng)新升級(jí)保持長(zhǎng)久的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。”

隨著物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)等一系列技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器的智能化也將成為可能。全世界都在追求工業(yè)4.0，機(jī)器替代人力是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。卓繼文表示：“但是全行業(yè)對(duì)工程機(jī)械無(wú)人駕駛的投入與汽車行業(yè)相比小得多，工程機(jī)械的智能化還需要很多政策支持，通過政府、企業(yè)的宣傳和引導(dǎo)，研發(fā)方面不斷投入，培育該市場(chǎng)，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的中國(guó)智造，擺脫工程機(jī)械核心技術(shù)對(duì)國(guó)外的依賴?！?/p>