工程機械智能化技術(shù)內(nèi)容簡介

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化已經(jīng)成為工程機械發(fā)展的主流趨勢。而且，智能化在各個領(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。工程機械行業(yè)是為國家基礎(chǔ)建設(shè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，同時也是裝備制造業(yè)中最重要的子行業(yè)，屬于國家重點鼓勵發(fā)展的領(lǐng)域之一，其制造技術(shù)的發(fā)展能夠充分帶動裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步，是國家綜合實力的集中體現(xiàn)。同時，工程機械面對市場經(jīng)濟、參與全球競爭，先進的制造技術(shù)已成為企業(yè)的核心競爭力。由此可見，我國工程機械行業(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)以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高產(chǎn)品對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭力為目標(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。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，工程機械設(shè)備通過現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(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。

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

然而，目前我國裝備制造業(yè)仍然是大而不強。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)展中國家轉(zhuǎn)移，發(fā)達國家再工業(yè)化戰(zhàn)略引發(fā)高端制造企業(yè)快速發(fā)展，我國裝備制造業(yè)在全球地位面臨挑戰(zhàn)。要應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，產(chǎn)品智能化與生產(chǎn)過程的智能化水平將成為我國裝備制造業(yè)未來能否在強手如云的全球裝備市場中勝出的重要武器。

智能化在工程機械行業(yè)

對于裝備制造業(yè)來說，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，走智能化發(fā)展道路，行業(yè)利潤空間將被進一步壓縮。

那么，工程機械行業(yè)將如何實現(xiàn)智能化，其最直觀的表現(xiàn)就是機器人的引入。目前，很多企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)過程中大規(guī)模使用機器人進行焊接、涂裝、裝配等工作。據(jù)了解，2005年—2015年，全球工業(yè)機器人的年均銷售增長率預(yù)計將為9%，而中國工業(yè)機器人年均銷售增長率預(yù)計將達到25%。到2015年，中國機器人市場需求或?qū)⑦_3.5萬臺，占全球總量的16.9%，成為規(guī)模最大的機器人使用市場。

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

前不久，在沃爾沃濟南的新研發(fā)中心，一款可根據(jù)實時工況自動調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的挖掘機亮相。該款產(chǎn)品可以在完成工作的同時保證駕駛的平穩(wěn)性和舒適性。另一款裝載機則是完全無人駕駛，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，雖然這款裝載機目前只停留在技術(shù)層面，還未完全面向市場，但其市場前景無疑是樂觀的。

2013年，山推在其全液壓推土機上成功應(yīng)用無人駕駛技術(shù)。通過自主開發(fā)控制程序，可進行人工操作和無線遙控。在無線遙控的情況下，山推成功實現(xiàn)了推土機的啟動、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人駕駛技術(shù)的研發(fā)，并取得了成功。從1994—1995年開始進行測試，到1996年，卡特彼勒自動化的777D礦用自卸車正式推出，并逐步進入市場。據(jù)了解，到目前為止，卡特彼勒無人駕駛的789礦用車已經(jīng)開始應(yīng)用，其效果得到了客戶的認可。

隨著經(jīng)濟的全球化和社會的信息化，市場競爭日益激烈，顧客需求日趨多樣化。針對工程機械這個典型行業(yè)在面對國內(nèi)市場國際化競爭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“中國制造”努力的目標(biāo)。中國是制造大國，如今國內(nèi)外形勢變化，加上勞動力成本上升，中國工程機械行業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。

高端裝備制造業(yè)是以高新技術(shù)為引領(lǐng)，處于價值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，決定著整個產(chǎn)業(yè)鏈綜合競爭力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的脊梁，是推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的引擎。從目前來看，我國“十二五”規(guī)劃對工程機械行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，柔性化生產(chǎn)、自動化、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，2015年我國工程機械行業(yè)固定資產(chǎn)投資達1000億元，其中對智能化制造方面的投入將高達300億元。這將使國內(nèi)工程機械行業(yè)的整體智能化制造水平在“十二五”末邁上一個新臺階。

眾所周知，中國工程機械行業(yè)的低位運行已經(jīng)持續(xù)多年，眾多企業(yè)及行業(yè)人士都認識到智能化是工程機械發(fā)展的一個趨勢，到目前為止，不同的工程機械企業(yè)均將智能化付諸于生產(chǎn)實踐中，由此工程機械產(chǎn)品獲得了新的發(fā)展機遇。

“互聯(lián)網(wǎng)+”讓高鐵施工更智能壓路機裝上GPS

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

陳文生是西(安)成(都)鐵路客運專線中鐵一局項目部戶縣東站施工現(xiàn)場的司機。

他所說的顯示屏是“路基連續(xù)壓實應(yīng)用系統(tǒng)”的一個終端，今年3月，項目部率先在全線引進了這套系統(tǒng)。

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

這樣的管理方式，既提高施工質(zhì)量也加快了施工進度。如果施工現(xiàn)場出現(xiàn)違規(guī)操作或者壓實數(shù)據(jù)不合格，顯示屏和各個終端都會收到報警提示。

鐵路客專施工里程較長，施工現(xiàn)場實現(xiàn)全面監(jiān)控管理是一個普遍難題。在鐵路路基填筑工程中，由于傳統(tǒng)作業(yè)模式無法實時記錄和檢查現(xiàn)場填筑整體壓實度情況，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)檢測采用點抽檢的方法，又無法完整檢查全路段壓實質(zhì)量。

自3月以來，項目部在路基連續(xù)壓實應(yīng)用平臺系統(tǒng)指導(dǎo)及協(xié)調(diào)下，碾壓路基填料23萬立方米，計1.35公里，折合層數(shù)52層。碾壓工作效率提高了30%，同時使路基碾壓面整體壓實度無薄弱區(qū)域，一次性質(zhì)量檢測通過率達到100%。

西安至成都客運專線全長519公里，是我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的重點項目，也是我國首條穿越秦嶺、大巴山區(qū)的高速鐵路，預(yù)計2017年西成客專開通運營。項目部總工程師趙紅剛告訴記者，項目部在施工管理中，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，也讓鐵路客專建設(shè)質(zhì)量隱患無處隱形，大大提升了中國高鐵的施工管理水準(zhǔn)。

智能控制系統(tǒng)對于無人駕駛工程機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)，正掀起我國工程機械新一輪技術(shù)變革浪潮，引領(lǐng)著我國工程機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)進行了徹底升級，機器完全實現(xiàn)了電控化，功能拓展可通過軟件實現(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、抗污染能力強等特點?！?廈門廈工機械股份有限公司工程技術(shù)研究院院長助理卓繼文表示。

傳統(tǒng)機械大多數(shù)采用手動操縱閥和先導(dǎo)閥來控制機器，一般來說都是需要操作手在機器駕駛室進行操作，機器在惡劣工況環(huán)境中施工，操作手舒適度較差，進而降低了操作手的工作效率。“而無人駕駛工程機械在這一點上則可以很好的彌補人力操作的缺失?！弊坷^文說道。

廈工目前在無人駕駛的挖掘機和裝載機已經(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?！盁o人駕駛的挖掘機和裝載機，兩者電控原理是相近的，挖掘機動作數(shù)量多，動作的匹配難度大。但是，挖掘機發(fā)動機輸出功率到液壓泵，主要考慮發(fā)動機與液壓系統(tǒng)之間的功率流匹配。而裝載機發(fā)動機需要通過變矩器、變速箱將動力輸出到機械行走系統(tǒng)和液壓、制動系統(tǒng)，匹配難度較大。因此，僅從無人駕駛的角度來看，挖掘機難度較大，若要實現(xiàn)全電控化，裝載機的難度可能會更大?！痹谡劦絻煞N無人駕駛機械的區(qū)別時卓繼文說道。

▲新一代高空破拆智能挖掘機XG826i

目前，行業(yè)整體形勢呈現(xiàn)回暖勢頭，但仍然需要用冷靜客觀的眼光去看待。國內(nèi)工程機械市場已經(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)化競爭非常嚴(yán)重。卓繼文談到：“只有企業(yè)的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級重點是研發(fā)具有特色的主打產(chǎn)品，才能擺脫現(xiàn)有的惡性競爭局面，引導(dǎo)行業(yè)向技術(shù)差異化競爭方向轉(zhuǎn)變，通過產(chǎn)品不斷創(chuàng)新升級保持長久的競爭力，進而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?！?/p>

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，機器的智能化也將成為可能。全世界都在追求工業(yè)4.0，機器替代人力是社會發(fā)展的必然趨勢。卓繼文表示：“但是全行業(yè)對工程機械無人駕駛的投入與汽車行業(yè)相比小得多，工程機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，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的中國智造，擺脫工程機械核心技術(shù)對國外的依賴?！?/p>