工程机械智能化与智能化控制1228

从过去几十年来信息革命的发展和对经济社会各个领域的影响来看，人类社会生产体系的组织结构和经济结构正在经历一次工业革命之后的巨大变革，正在产生一次新的飞跃。这个变革和飞跃正是由于现代信息技术的发展和广泛应用所引起的。现代信息技术的概念在20世纪70年代微处理器发明后开始形成，主要包括微电子技术、计算机技术、通信技术和软件技术。2000年5月，联合国经社理事会部长宣言指出“：互联网的普及应用，无论是在广度上还是在深度上，其影响均可与18世纪的工业革命相比拟。”在过去的几十年间，世界上并不乏贫穷落后的国家或地区因辨识和抓住了信息革命的机遇而彻底或重大地改变国家或地区经济和社会面貌的例子，如芬兰、韩国、马来西亚、哥斯达黎加、爱尔兰、印度等等。芬兰的NOKIA手机、EPEC嵌入式车载控制器和显示器，印度的软件产业，都是闻名世界的信息化产业，在世界各地有广泛的用户。

从控制历史上，人类社会经历了机械化→自动化→智能化3个阶段。机械本身是执行机构，每一个步骤都是人操作的，机械化是人手脚的延伸、力量的放大；自动化则是在机械化基础上，让机械按照人的预定方案，以固定的模式实现重复的、自动的劳动功能；智能化即赋予设备以灵气，具有多种信息快速处理、推理分析和决策功能，可以根据变化了的形势修改控制策略，不仅可代替人的体力劳动，而且可局部代替人的思考。从控制手段上看，其本质就是模仿人脑和感官的工作，凡是能建立数学模型的对象就采取经典控制（调节原理、现代控制论），凡是无法建立数学模型的对象就模仿人的经验采取模糊控制。计算机作为实现自动化、智能化的手段，其所处理的唯一对象是“信息”。利用计算机的记忆功能，可以将人的知识、经验等处理问题的能力用程序和数据固化下来，由计算机去执行。换句话说，采用计算机作载体的信息化技术具有“复制能力”的能力，专家系统不就是将各种专家的知识储存并复制吗？信息化、智能化的目的就是使被控设备或系统的行为举止越来越像人类的活动，就是最大限度地把人从繁琐的、重复的体力、脑力劳动中解放出来，让他们去从事创造性的劳动，当然也包括解决非常规（即尚未输入计算机）的偶然性事件。信息化是手段，不是目的。信息化技术用于工程机械的目的主要有：高性能、高效率；节能环保，降低油耗；人性化、操作简单化、可视化、全自动；减振、降噪，人机工程、舒适性设计；高可靠性、安全性；信息传送、集中控制调度为目的的机群信息化；产品全生命周期管理、销售与售后服务、维修的快速反应；多能源混合动力等。高效率就要求节能环保，高质量就要求高可靠性和人性化（人机工程）设计（减振、降噪、舒适性、通风、大视野），而维修的高效反应则要求可跟踪、可追溯性。这些都是可以通过智能化、信息化来完成或加强的。

本文仅就信息技术在工程机械单机产品上的应用，以应用目的为主线进行汇总和探讨。

1自动化、智能化实现高性能、高效率随着计算机的小型化、微型化，特别是嵌入式技术的兴起，工程机械整机及其零部件的自动化、智能化控制越来越普及。只要有控制目标，只要能采集到信号，就能实现控制。用于工程机械的高性能、高效率的自动化、智能化的案例不胜枚举。下面是一些典型产品。

（1）高技术含量的带变速控制系统的电控静液压传动装置（HST）。日本小松W A320-5 ATOM装载机采用此装置。

（2）自动称量系统（W eighingsystem）。自动称量并显示铲斗的净装载量，

测量误差小于3%。同样的方案可用于叉车称重（Forklift weighing）和装载机、铲运机的称重。日本川崎装载机自动称重系统、国产T2000型称重仪都是成功范例。

（3）推土机生产率自动计算。卡特彼勒的DOZSIM1.5是一种推土机作业生产率的计算机程序。该软件包与WINDOWS兼容，采用3D模拟技术分析推土机距离、坡度、工场设计参数，并可输出土方量（压实或松散）（每次移走的土方量、每小时移走的土方量）、耗时、成本、系统生产率等大量信息。

（4）德国MOBA摊铺机作业控制系统。包括：MOBA-matic数字找平系统；非接触式平衡梁找平系统，通过CAN总线将超声波滑靴组合起来，通过检测路面的不同位置，取得平均值并以此进行控制；摊铺机输分料系统；摊铺机熨平板点火加热控制系统及跟边控制系统。其找平的基本原理是：通过传感器跟随基准值，摊铺机熨平板与基准之间产生的高度偏差将引起控制器传感轴的转动并计算相应的高度偏差。控制器根据偏差值调节相应液压缸电磁阀，以驱动熨平板回到正确的位置。Topcon也有类似产品，国内也有多家厂商研制。

（5）摊铺机行走控制系统。有德国力士乐MC6微控制器系统、美国萨澳S11微控制器系统等。可实现恒速控制、故障诊断功能；双泵、双马达左右独立驱动，液压调速闭式回路，低速行走平稳，转向圆滑。典型机型为西筑WT750型摊铺机。

（6）平地机和推土机自动找平控制系统(MOBA GS506 Grader leveling control system)。以平地机为例，可对铲刀纵向高度、横向坡度进行控制。既可采用声波滑靴方式，也可采取激光接受仪方式，根据需要交换使用。

（7）德国MOBA旋挖钻机双向水平检测系统（MOBADriller duo-level indicator system）。将坡度传感器安装在机器合适的位置上，进而监测与设定零位产生的任何坡度变化。

（8）铣刨机自动找平控制系统（MOBA Milling machine leveling system）。机械拉绳作为基准，控制器与传感器之间采用CAN总线协议。控制器将采集到的信号送到控制器，控制器分析计算后输出控制信号给铣刨机液压执行机构实现调节控制。扩充应用可采取平衡梁代替机械拉绳作为基准。

（9）大型工程机械安装有闭路监视系统以及超声波后障碍探测系统，为司机安全作业提供音频和视频信号。微机监控和自动报警的集中润滑系统，大大简化了机器的维修程序，缩短了维修时间。

（10）冷再生拌和机自动找平系统与功率自动分配行走系统。自动找平系统有MOBA自动找平控制仪，同时控制铣削深度与平整度。行走系统可进行功率自动分配，可根据发动机负荷自动调节行走速度，从而保证整机始终处于最大生产率状态。西筑CR2500型冷再生拌和机采用此配置。

（11）高精度GPS系统的应用。该系统利用GPS差分技术，结合激光、全站仪、超声波及多传感器技术，通过软件界面的设计，可以在系统的虚拟仪表中提供施工工地的三维图形、机器的三维坐标等信息，精度可达到厘米级。该项技术在大型的施工现场，尤其在多种机型的工程机械进行机群作业时，具有明显的优势。不仅有利于施工管理方进行有序调度，而且能够提高机群的工作效率。在该技术方面，做的比较领先的几家企业分别为：Trimble、拓普康(Topcon)和Leica。

2实现节能环保，降低油耗采用信息化技术实现工程机械的节能环保，是当今内外工程机械的又一主攻方向。中国科学院2006年2月发布的《中国可持