智能化工程機(jī)械目前現(xiàn)狀及技術(shù)剖析

 

1概述

 

自動(dòng)化工程機(jī)械一般可以分成三類：遙控操作工程機(jī)械、可編程控制工程機(jī)械和智能化工程機(jī)械。遙控操作工程機(jī)械經(jīng)常被用于危險(xiǎn)或人類難以進(jìn)入的作業(yè)環(huán)境，如水下、高溫、高壓、核輻射環(huán)境，由操作者通過遠(yuǎn)程控制完成作業(yè)任務(wù)。可編程控制工程機(jī)械通過改變工程機(jī)械的控制程序，完成不同的任務(wù)。可編程控制工程機(jī)械適合在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下進(jìn)行工作，一旦外部施工環(huán)境和施工對(duì)象發(fā)生變化，則需要重新編寫控制程序。目前絕大多數(shù)自動(dòng)化工程機(jī)械都是可編程的。智能化工程機(jī)械不需要操作人員的參與，通過安裝各種復(fù)雜的傳感器來獲取環(huán)境的信息，具有自我感知、自主決策、自動(dòng)控制的功能。

 

工程機(jī)械的智能化，就是將智能化技術(shù)應(yīng)用到工程機(jī)械中，用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)融入工程機(jī)械，以提高工程機(jī)械的操縱性、平穩(wěn)性、舒適性，提高工作效率，并向智能化方向發(fā)展。智能化工程機(jī)械涉及機(jī)、電、液、聲、光和化學(xué)等學(xué)科，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等為基礎(chǔ)，將多種技術(shù)組合起來進(jìn)行機(jī)械內(nèi)部的信息處理。智能化工程機(jī)械是智能機(jī)器人的一類，目前還正處于探索階段，預(yù)計(jì)在未來將具有廣闊的前景。

 

智能化系統(tǒng)的定義：具有（或部分具有）人類智能，能模擬（或部分模擬）人類智能的系統(tǒng)稱為智能化系統(tǒng)。其特征如下：（1）多信息感知與融合；（2）正確地識(shí)別、推理與決策；（3）聯(lián)想記憶；（4）自治控制，即自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù)；（5）容錯(cuò)。當(dāng)然，就智能的高級(jí)形態(tài)而言，還有信念、意圖、喜愛、厭惡、誠(chéng)摯、承諾等理性和情感的因素，這在當(dāng)前“人為”的智能系統(tǒng)中還難以達(dá)到。工程機(jī)械智能化系統(tǒng)一般由獲得環(huán)境信息的傳感器、認(rèn)識(shí)判斷由傳感器獲得的信息及控制實(shí)際作業(yè)的執(zhí)行器3部分組成。

 

例如，當(dāng)對(duì)剛爆炸破碎巖石進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，其作業(yè)對(duì)象是破碎堆積物，必須用傳感器取得這種破碎堆積物的堆積狀況等三維信息和作業(yè)對(duì)象物以及自身（智能建設(shè)機(jī)器人）如何分離這些信息的方法。掌握破碎堆積物的堆積狀況，自身認(rèn)識(shí)環(huán)境，接著，以計(jì)算機(jī)等存儲(chǔ)的知識(shí)為基礎(chǔ)，弄清如何進(jìn)行實(shí)際的高效率作業(yè)，或者制定作業(yè)計(jì)劃，*后由執(zhí)行此作業(yè)的計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行器發(fā)出指令，進(jìn)行實(shí)際作業(yè)。但是工程機(jī)械的作業(yè)對(duì)象是自然界，很難具備有智能建設(shè)機(jī)器人適用的環(huán)境。地面狀況有軟有硬，含水率和透水性也隨場(chǎng)所而不同。特別是剛爆破而碎裂的堆積物，巖石的粒度不一定，含有大巖石時(shí)搬運(yùn)困難。當(dāng)進(jìn)行挖掘或裝卸作業(yè)時(shí)，其作業(yè)環(huán)境隨時(shí)都在變化。即這些作業(yè)不僅沒有達(dá)到事前定型化的作業(yè)循環(huán)，而且在作業(yè)過程中還需要頻繁變更作業(yè)前制定的作業(yè)計(jì)劃。就是說，智能建設(shè)機(jī)器人一旦開始作業(yè)，要用另外的傳感器掌握作業(yè)的進(jìn)行情況，碰到硬巖石或者因外部干擾而不能跟蹤目標(biāo)軌道時(shí)，要求以知識(shí)庫(kù)為基礎(chǔ)，自律進(jìn)行一系列的動(dòng)作來變更作業(yè)計(jì)劃。

 

智能化技術(shù)現(xiàn)狀及展望就目前的科學(xué)技術(shù)水平而言，智能化技術(shù)在其各領(lǐng)域的應(yīng)用中主要體現(xiàn)在先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線遙控技術(shù)、GPS導(dǎo)航定位技術(shù)等的綜合應(yīng)用。藉此達(dá)到優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證工作質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的目的。另可使得一些人力不可及的作業(yè)得以完成。同時(shí)設(shè)備本身的自我感知與適應(yīng)能力增強(qiáng)，故而可降低運(yùn)行成本，延長(zhǎng)使用壽命。各行業(yè)對(duì)智能化技術(shù)都有著不同程度和范圍的應(yīng)用與嘗試。隨著調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)模式進(jìn)程的加深，智能化技術(shù)水平的提升及成熟，智能化優(yōu)勢(shì)將得到廣泛體現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也會(huì)不斷擴(kuò)大。展望未來，到本世紀(jì)中期，將有可能以認(rèn)知科學(xué)技術(shù)為中心，把信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)等高新科學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，形成智能（認(rèn)知）科學(xué)技術(shù)群。如果真正實(shí)現(xiàn)了，人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)、技術(shù)就會(huì)產(chǎn)生更大的飛躍，人類文明必將達(dá)到一個(gè)新的高度。