混凝土機(jī)械智能化發(fā)展趨勢(shì)研究

  基于現(xiàn)代混凝土機(jī)械的現(xiàn)狀，分析了未來(lái)智能化發(fā)展方向，并以混凝土攪拌站、混凝土攪拌車、混凝土泵車這3個(gè)主要的混凝土機(jī)械設(shè)備為例，論述了智能化發(fā)展趨勢(shì)。

  0引言

  混凝土機(jī)械因?yàn)榫邆滹@著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，已經(jīng)成為現(xiàn)代化建筑施工的重要裝備。如今混凝土施工機(jī)械正朝著大排量、超高壓、連續(xù)泵送、高使用壽命的方向發(fā)展，同時(shí)隨著電子信息技術(shù)的進(jìn)步，混凝土機(jī)械變得更加智能化和人性化。這些機(jī)器將具備更多的自我意識(shí)。它們能夠進(jìn)行自我行為和效率管理，自我健康管理和自我安全防護(hù)，同時(shí)能夠與人溝通，相互協(xié)作?；炷翙C(jī)械變得很智能，它能夠感知周圍的人與環(huán)境，能夠自動(dòng)規(guī)劃、獨(dú)立施工。以下將針對(duì)混凝土攪拌站、混凝土攪拌車、混凝土泵車這三個(gè)主要的混凝土機(jī)械設(shè)備的智能化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行論述。

  1自我行為管理

  1.1臂架末端定位技術(shù)

  傳統(tǒng)泵車的每節(jié)臂架都需要單獨(dú)進(jìn)行控制，臂架末端的平穩(wěn)移動(dòng)和精準(zhǔn)定位難度很大。操作手的勞動(dòng)強(qiáng)度大，易疲勞。臂架末端定位技術(shù)是給定末端位置，機(jī)器自動(dòng)規(guī)劃每節(jié)臂架的姿態(tài)。操作手只需要將注意力集中在末端位置的控制上，臂架的姿態(tài)由機(jī)器自動(dòng)管理。臂架末端定位技術(shù)還包含如下技術(shù)細(xì)節(jié)：①給定末端位置下，臂架姿態(tài)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，以優(yōu)化姿態(tài)形式;②臂架姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)能夠有效避開(kāi)障礙物。

  1.2臂架振動(dòng)控制技術(shù)

  臂架由于受到周期性泵送沖擊作用而產(chǎn)生受迫振動(dòng)，機(jī)器能夠主動(dòng)對(duì)振動(dòng)進(jìn)行有效抑制，避免臂架大幅振蕩，影響末端定位和混凝土布料施工，同時(shí)避免安全事故的發(fā)生。

  1.3臂架平順控制技術(shù)

  臂架多路閥采用電比例閥進(jìn)行控制，電比例閥線性關(guān)系不是很好，其電阻受溫度影響較大。同時(shí)，臂架采用4連桿機(jī)構(gòu)，油缸直線位移與臂架角位移不具備線性關(guān)系。臂架平順控制技術(shù)主要為了解決操作手動(dòng)作手感與臂架動(dòng)作線性關(guān)系的問(wèn)題。同時(shí)提高臂架啟動(dòng)、停止的平穩(wěn)性，同時(shí)減少動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間和感覺(jué)上的遲滯現(xiàn)象，提升操控手感。

  1.4臂架自動(dòng)收展臂

  泵車在施工開(kāi)始時(shí)，臂架能夠自動(dòng)展開(kāi);在施工結(jié)束后，又能自動(dòng)收攏。實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，充分減輕操作員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高泵車智能化水平。

  1.5臂架智能規(guī)劃技術(shù)

  臂架智能規(guī)劃技術(shù)融入了當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，包括圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)、軌跡規(guī)劃、末端定位及其他復(fù)雜控制技術(shù)。在樓板施工中，機(jī)器能夠很好的理解當(dāng)前施工環(huán)境，能夠自動(dòng)規(guī)劃施工軌跡，不需人的干預(yù)，完成樓面絕大部分面積的混凝土攤鋪。在往深井或者梁柱灌注混凝土?xí)r，臂架能夠自動(dòng)提升，不需人為干預(yù)，完成混凝土澆灌工作。施工過(guò)程變得自動(dòng)化、傻瓜化，這是機(jī)器充分參與到環(huán)境中的典型技術(shù)。操作人員甚至可以在駕駛室，或者遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方施工，視頻輔助能夠幫助操作人員避免高溫暴曬和大雨侵襲。

  2自我安全防護(hù)

  2.1泵車防傾翻技術(shù)

  防傾翻技術(shù)是通過(guò)各種技術(shù)手段避免泵車發(fā)生傾翻事故。它通過(guò)測(cè)量支腿壓力、檢測(cè)臂架姿態(tài)，以及臂架動(dòng)作慣量，根據(jù)需要主動(dòng)限制臂架重心的安全工作區(qū)域及臂架動(dòng)作速度和加速度。

  2.2泵車臂架防碰撞技術(shù)

  防碰撞技術(shù)是對(duì)周圍環(huán)境的一種感知技術(shù)，避免臂架與周圍環(huán)境發(fā)生碰撞事故?？梢岳玫募夹g(shù)有超聲波探測(cè)、激光探測(cè)、紅外探測(cè)、圖像識(shí)別技術(shù)以及這些技術(shù)的結(jié)合。如何以較低的成本，可靠的實(shí)現(xiàn)防碰撞是這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)。

  2.3主動(dòng)防護(hù)技術(shù)

  主動(dòng)防護(hù)技術(shù)主要對(duì)操作手的誤動(dòng)作進(jìn)行感知、判斷，避免操作上的失誤。比如臂架展開(kāi)狀態(tài)不允許操作支腿;臂架末端軟管離地距離近時(shí)，不允許大幅度往下動(dòng)作臂架以免砸到地面等等。

  2.4財(cái)產(chǎn)安全防護(hù)

  對(duì)車輛速度進(jìn)行控制，防止超速;對(duì)油箱液位進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，防止偷油;對(duì)車輛進(jìn)行GPS監(jiān)控，防止機(jī)器設(shè)備被盜;采用電控系統(tǒng)互鎖保護(hù)機(jī)制，防止電控系統(tǒng)單個(gè)或多個(gè)電控單元被拆除等等。

  3自我效率管理

  3.1泵送功率匹配技術(shù)

  根據(jù)操作員單位時(shí)間泵送方量的要求，電控系統(tǒng)將依據(jù)泵送負(fù)載情況，選擇合適主油泵排量以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)負(fù)載、泵送排量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的最佳配比。真正做到干多少活，出多少力，以期達(dá)到節(jié)能的目的。

  3.2油耗管理與評(píng)估

  油耗管理包括不同時(shí)段、不同工況的油耗數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)對(duì)異常的或者趨勢(shì)性的燃油增長(zhǎng)給出提醒，并能確定出機(jī)器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，為機(jī)器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

  4自我知識(shí)管理

  自我知識(shí)管理，這里的知識(shí)泛指機(jī)器設(shè)備中各電控單元的程序文件、配置信息、故障記錄數(shù)據(jù)、專家知識(shí)庫(kù)等一切數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在機(jī)器中，幫助機(jī)器完成各種智能化操作。

  4.1知識(shí)更新手段

  知識(shí)的更新可以通過(guò)3G、4G等無(wú)線通道進(jìn)行更新，也可以通過(guò)本地WIFI、藍(lán)牙或者USB連接進(jìn)行更新。制造商通過(guò)智能機(jī)器管控平臺(tái)對(duì)機(jī)器進(jìn)行批量升級(jí)、質(zhì)量數(shù)據(jù)回傳。

  4.2知識(shí)主動(dòng)獲取

  機(jī)器能夠?qū)ξ粗漠惓，F(xiàn)象及時(shí)上報(bào)制造商進(jìn)行備案，主動(dòng)提請(qǐng)專家解答。最后解答的結(jié)果回傳到機(jī)器，存入知識(shí)庫(kù)保存。知識(shí)管理涉及一套復(fù)雜的知識(shí)框架管理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)搜索技術(shù)。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是機(jī)器充分智能的基礎(chǔ)。

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  5自我覺(jué)察與自我意識(shí)

  5.1數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)挖掘

  將來(lái)每臺(tái)混凝土機(jī)械都應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)采集工況信息，這些信息包括操作員動(dòng)作數(shù)據(jù)、機(jī)械工作裝置動(dòng)作數(shù)據(jù)、液壓系統(tǒng)動(dòng)作及壓力數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，以及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)等等。同時(shí)機(jī)器能夠分析這些數(shù)據(jù)所存在的聯(lián)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、預(yù)分析、預(yù)判斷。并對(duì)異常和疑似異常通過(guò)無(wú)線方式上報(bào)到制造商。

  5.2泵車料位實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)

  目前攪拌車的放料由操作員手動(dòng)控制，操作員無(wú)從判斷泵車料斗中料位的高低。放料速度往往會(huì)控制不當(dāng)。放料速度過(guò)快則混凝土?xí)绯?，過(guò)慢則使混凝土泵吸空，影響工作效率。對(duì)于混凝土泵車，料斗實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)將有利于協(xié)調(diào)控制攪拌車的放料速度。同時(shí)料斗余料不足時(shí)，泵車能自行減小排量，節(jié)能運(yùn)行。

  5.3攪拌車余量實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)

  攪拌車余量檢測(cè)技術(shù)能夠用于準(zhǔn)確預(yù)估攪拌車放料時(shí)長(zhǎng)和剩余容量，方便機(jī)群系統(tǒng)最優(yōu)化管理，以提高每臺(tái)攪拌車的運(yùn)營(yíng)效率。

  5.4泵車輸送管防堵管技術(shù)

  泵車輸送管堵管探測(cè)技術(shù)通過(guò)主油缸壓力及運(yùn)行速度，以及主油泵排量的監(jiān)測(cè)、分析出輸送管的管道壓力及堵管情況，并根據(jù)堵管情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)正泵和反泵，并給出報(bào)警提示，必要時(shí)自動(dòng)停機(jī)以避免危險(xiǎn)發(fā)生。

  6自我健康管理

  6.1開(kāi)機(jī)自檢技術(shù)

  開(kāi)機(jī)自檢是指機(jī)器開(kāi)始工作前的首次整車檢查。主要包括以下多個(gè)方面：①電控系統(tǒng)的參數(shù)配置文件檢查，電控系統(tǒng)需要聯(lián)網(wǎng)通信，確認(rèn)相互是否工作正常;②各儀器、儀表、傳感器件的零點(diǎn)校正，電液元件的線性度根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行修正等;③油箱、水箱液位的檢測(cè);④泵車工作檔位檢測(cè)。開(kāi)機(jī)自

  檢可以確保機(jī)器啟動(dòng)后能夠正常、安全的工作。

  6.2實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

  狀態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)是為了了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括采用各種檢測(cè)、測(cè)量、監(jiān)視、分析和判別方法，結(jié)合系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀，同時(shí)考慮環(huán)境因素，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，判斷其處于正常或非正常狀態(tài)，并對(duì)狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，對(duì)異常進(jìn)行上報(bào)，以便操作人員及時(shí)處理，并為設(shè)備的故障分析、性能評(píng)估、合理使用和安全工作提供信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

  6.3實(shí)時(shí)故障診斷技術(shù)

  故障診斷的任務(wù)是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所獲得的信息，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)以及環(huán)境條件，結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行歷史，借助專家系統(tǒng)知識(shí)，對(duì)設(shè)備可能發(fā)生的或者已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)、分析、判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因、部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢(shì)及其后果，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的調(diào)整、維修、治理的對(duì)策和措施。

  7理解、溝通與合作

  7.1理解與溝通

  現(xiàn)代化的機(jī)器應(yīng)該是善解人意的，比如普茨邁斯特的Followme技術(shù)，三一重工的末端定位與牽引技術(shù)，讓機(jī)器更加人性化。將來(lái)，輕量化的遙控裝置，以及更加自由的體感技術(shù)都將應(yīng)用到智能機(jī)器上來(lái)。它能很好的理解操作人員的意圖，安全而有效的執(zhí)行指令。

  智能機(jī)器將通過(guò)RF射頻技術(shù)、藍(lán)牙、Zigbee、Wifi等多種無(wú)線通道與人溝通與交流，讓操作人員實(shí)時(shí)掌握整機(jī)動(dòng)態(tài)。

  7.2RF近距離通信與協(xié)作能力

  混凝土泵車總是與混凝土攪拌車配合進(jìn)行作業(yè)。通過(guò)RF技術(shù)，泵車能夠?qū)⒘隙坊炷亮衔恍畔⑼ㄖ獢嚢柢?，攪拌車將能夠自?dòng)調(diào)節(jié)放料速度，實(shí)現(xiàn)高效率的協(xié)同作業(yè)。

  8智能平臺(tái)

  智能平臺(tái)是一個(gè)機(jī)群綜合管理平臺(tái)，便于制造商、客戶更好的跟蹤、管理、調(diào)度自己的機(jī)器。

  8.1攪拌車綜合調(diào)度及監(jiān)控

  攪拌車總是往返攪拌站與施工現(xiàn)場(chǎng)之間，常常會(huì)因?yàn)閿嚢柢嚨牟缓侠戆才?，致使施工現(xiàn)場(chǎng)常常因缺料而久等，或者攪拌車帶料過(guò)多而返回，效率很低、成本很高。攪拌車綜合調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)嚢柢囘M(jìn)行合理安排?；贕IS和實(shí)時(shí)路況信息的路線智能調(diào)度技術(shù)，能夠有效解決混凝土配送路況不可控的情況，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的預(yù)測(cè)，有效調(diào)整攪拌車配送量。

  8.2售后服務(wù)自動(dòng)化

  通過(guò)故障預(yù)警及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的實(shí)施，使得服務(wù)更加主動(dòng)化。一旦機(jī)器出現(xiàn)或者即將出現(xiàn)故障，智能平臺(tái)將自動(dòng)進(jìn)行服務(wù)派單。通過(guò)遠(yuǎn)程技術(shù)支持或者現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，幫助客戶解決問(wèn)題，減少客戶因?yàn)楣收贤C(jī)而帶來(lái)的損失。

  8.3用戶盈利能力分析

  通過(guò)對(duì)大量回傳的機(jī)器數(shù)據(jù)的分析和處理，能夠?yàn)橛脩粼u(píng)估機(jī)器的使用壽命、歷史油耗、歷史服務(wù)費(fèi)用，為用戶進(jìn)行盈利分析與評(píng)價(jià)。

  8.4開(kāi)放的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)

  智能機(jī)器與智能平臺(tái)將具備開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。任何采用該標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器都將能夠納入到智能平臺(tái)中來(lái)。機(jī)器與機(jī)器之間，機(jī)器與平臺(tái)之間將互聯(lián)互通。

  9展望

  未來(lái)20年，將會(huì)有很多關(guān)鍵性的技術(shù)得到突破。這些技術(shù)包括互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、復(fù)合材料技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、故障診斷技術(shù)等等。這些技術(shù)將無(wú)疑會(huì)推動(dòng)整個(gè)混凝土機(jī)械行業(yè)向著更加智能、更加人性化的方向發(fā)展。