混凝土機械智能化發(fā)展趨勢研究

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引言

混凝土機械因為具備顯著的社會經(jīng)濟效應，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，同時隨著電子信息技術的進步，混凝土機械變得更加智能化和人性化。這些機器將具備更多的自我意識。它們能夠進行自我行為和效率管理，自我健康管理和自我安全防護，同時能夠與人溝通，相互協(xié)作?；炷翙C械變得很智能，它能夠感知周圍的人與環(huán)境，能夠自動規(guī)劃、獨立施工。以下將針對混凝土攪拌站、混凝土攪拌車、混凝土泵車這三個主要的混凝土機械設備的智能化發(fā)展趨勢進行論述。

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自我行為管理

1.1臂架末端定位技術

傳統(tǒng)泵車的每節(jié)臂架都需要單獨進行控制，臂架末端的平穩(wěn)移動和精準定位難度很大。操作手的勞動強度大，易疲勞。臂架末端定位技術是給定末端位置，機器自動規(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)由機器自動管理。臂架末端定位技術還包含如下技術細節(jié)：①給定末端位置下，臂架姿態(tài)可以手動調(diào)節(jié)，以優(yōu)化姿態(tài)形式；②臂架姿態(tài)自適應調(diào)節(jié)能夠有效避開障礙物。

1.2臂架振動控制技術

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

1.3臂架平順控制技術

臂架多路閥采用電比例閥進行控制，電比例閥線性關系不是很好，其電阻受溫度影響較大。同時，臂架采用4連桿機構，油缸直線位移與臂架角位移不具備線性關系。臂架平順控制技術主要為了解決操作手動作手感與臂架動作線性關系的問題。同時提高臂架啟動、停止的平穩(wěn)性，同時減少動作響應時間和感覺上的遲滯現(xiàn)象，提升操控手感。

1.4臂架自動收展臂

泵車在施工開始時，臂架能夠自動展開；在施工結束后，又能自動收攏。實現(xiàn)一鍵式操作，充分減輕操作員勞動強度，提高泵車智能化水平。

1.5臂架智能規(guī)劃技術

臂架智能規(guī)劃技術融入了當今最先進的技術，包括圖像識別、專家系統(tǒng)、軌跡規(guī)劃、末端定位及其他復雜控制技術。在樓板施工中，機器能夠很好的理解當前施工環(huán)境，能夠自動規(guī)劃施工軌跡，不需人的干預，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時，臂架能夠自動提升，不需人為干預，完成混凝土澆灌工作。施工過程變得自動化、傻瓜化，這是機器充分參與到環(huán)境中的典型技術。操作人員甚至可以在駕駛室，或者遠離現(xiàn)場的地方施工，視頻輔助能夠幫助操作人員避免高溫暴曬和大雨侵襲。

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自我安全防護

2.1泵車防傾翻技術

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

2.2泵車臂架防碰撞技術

防碰撞技術是對周圍環(huán)境的一種感知技術，避免臂架與周圍環(huán)境發(fā)生碰撞事故。可以利用的技術有超聲波探測、激光探測、紅外探測、圖像識別技術以及這些技術的結合。如何以較低的成本，可靠的實現(xiàn)防碰撞是這項技術的難點。

2.3主動防護技術

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

2.4財產(chǎn)安全防護

對車輛速度進行控制，防止超速；對油箱液位進行跟蹤監(jiān)測，防止偷油；對車輛進行GPS監(jiān)控，防止機器設備被盜；采用電控系統(tǒng)互鎖保護機制，防止電控系統(tǒng)單個或多個電控單元被拆除等等。

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自我效率管理

3.1泵送功率匹配技術

根據(jù)操作員單位時間泵送方量的要求，電控系統(tǒng)將依據(jù)泵送負載情況，選擇合適主油泵排量以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負載、泵送排量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速的最佳配比。真正做到干多少活，出多少力，以期達到節(jié)能的目的。

3.2油耗管理與評估

油耗管理包括不同時段、不同工況的油耗數(shù)據(jù)記錄，同時對異常的或者趨勢性的燃油增長給出提醒，并能確定出機器的經(jīng)濟運行區(qū)間，為機器的經(jīng)濟運行提供數(shù)據(jù)基礎。

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自我知識管理

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

4.1知識更新手段

知識的更新可以通過3G、4G等無線通道進行更新，也可以通過本地WIFI、藍牙或者USB連接進行更新。制造商通過智能機器管控平臺對機器進行批量升級、質(zhì)量數(shù)據(jù)回傳。

4.2知識主動獲取

機器能夠?qū)ξ粗漠惓，F(xiàn)象及時上報制造商進行備案，主動提請專家解答。最后解答的結果回傳到機器，存入知識庫保存。知識管理涉及一套復雜的知識框架管理技術、數(shù)據(jù)挖掘與知識搜索技術。該技術的實現(xiàn)是機器充分智能的基礎。

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自我覺察與自我意識

5.1數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)挖掘

將來每臺混凝土機械都應該能夠?qū)崟r采集工況信息，這些信息包括操作員動作數(shù)據(jù)、機械工作裝置動作數(shù)據(jù)、液壓系統(tǒng)動作及壓力數(shù)據(jù)、發(fā)動機運行參數(shù)數(shù)據(jù)，以及施工現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)等等。同時機器能夠分析這些數(shù)據(jù)所存在的聯(lián)系，對數(shù)據(jù)進行預處理、預分析、預判斷。并對異常和疑似異常通過無線方式上報到制造商。

5.2泵車料位實時檢測技術

目前攪拌車的放料由操作員手動控制，操作員無從判斷泵車料斗中料位的高低。放料速度往往會控制不當。放料速度過快則混凝土會溢出，過慢則使混凝土泵吸空，影響工作效率。對于混凝土泵車，料斗的實時檢測技術將有利于協(xié)調(diào)控制攪拌車的放料速度。同時料斗余料不足時，泵車能自行減小排量，節(jié)能運行。

5.3攪拌車余量實時檢測技術

攪拌車余量檢測技術能夠用于準確預估攪拌車放料時長和剩余容量，方便機群系統(tǒng)最優(yōu)化管理，以提高每臺攪拌車的運營效率。

5.4泵車輸送管防堵管技術

泵車輸送管堵管探測技術通過主油缸壓力及運行速度，以及主油泵排量的監(jiān)測、分析出輸送管的管道壓力及堵管情況，并根據(jù)堵管情況，自動實現(xiàn)正泵和反泵，并給出報警提示，必要時自動停機以避免危險發(fā)生。

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自我健康管理

6.1開機自檢技術

開機自檢是指機器開始工作前的首次整車檢查。主要包括以下多個方面：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，確認相互是否工作正常；②各儀器、儀表、傳感器件的零點校正，電液元件的線性度根據(jù)環(huán)境溫度進行修正等；③油箱、水箱液位的檢測；④泵車工作檔位檢測。開機自
檢可以確保機器啟動后能夠正常、安全的工作。

6.2實時狀態(tài)監(jiān)測技術

狀態(tài)監(jiān)測任務是為了了解和掌握設備的運行狀態(tài)，包括采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法，結合系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀，同時考慮環(huán)境因素，對設備運行狀態(tài)進行評估，判斷其處于正常或非正常狀態(tài)，并對狀態(tài)進行顯示和記錄，對異常進行上報，以便操作人員及時處理，并為設備的故障分析、性能評估、合理使用和安全工作提供信息和基礎數(shù)據(jù)。

6.3實時故障診斷技術

故障診斷的任務是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息，結合已知的結構特性和參數(shù)以及環(huán)境條件，結合設備的運行歷史，借助專家系統(tǒng)知識，對設備可能發(fā)生的或者已經(jīng)發(fā)生的故障進行預報、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、治理的對策和措施。

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理解、溝通與合作

7.1理解與溝通

現(xiàn)代化的機器應該是善解人意的，比如普茨邁斯特的Followme技術，三一重工的末端定位與牽引技術，讓機器更加人性化。將來，輕量化的遙控裝置，以及更加自由的體感技術都將應用到智能機器上來。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。

智能機器將通過RF射頻技術、藍牙、Zigbee、Wifi等多種無線通道與人溝通與交流，讓操作人員實時掌握整機動態(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行作業(yè)。通過RF技術，泵車能夠?qū)⒘隙坊炷亮衔恍畔⑼ㄖ獢嚢柢?，攪拌車將能夠自動調(diào)節(jié)放料速度，實現(xiàn)高效率的協(xié)同作業(yè)。

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智能平臺

智能平臺是一個機群綜合管理平臺，便于制造商、客戶更好的跟蹤、管理、調(diào)度自己的機器。

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)場之間，常常會因為攪拌車的不合理安排，致使施工現(xiàn)場常常因缺料而久等，或者攪拌車帶料過多而返回，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行合理安排。基于GIS和實時路況信息的路線智能調(diào)度技術，能夠有效解決混凝土配送路況不可控的情況，同時通過現(xiàn)場施工進度的預測，有效調(diào)整攪拌車配送量。

8.2售后服務自動化

通過故障預警及遠程監(jiān)控技術的實施，使得服務更加主動化。一旦機器出現(xiàn)或者即將出現(xiàn)故障，智能平臺將自動進行服務派單。通過遠程技術支持或者現(xiàn)場服務，幫助客戶解決問題，減少客戶因為故障停機而帶來的損失。

8.3用戶盈利能力分析

通過對大量回傳的機器數(shù)據(jù)的分析和處理，能夠為用戶評估機器的使用壽命、歷史油耗、歷史服務費用，為用戶進行盈利分析與評價。

8.4開放的平臺標準

智能機器與智能平臺將具備開放的數(shù)據(jù)接口標準。任何采用該標準的機器都將能夠納入到智能平臺中來。機器與機器之間，機器與平臺之間將互聯(lián)互通。

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展望

未來20年，將會有很多關鍵性的技術得到突破。這些技術包括互聯(lián)網(wǎng)技術、復合材料技術、機器人技術、故障診斷技術等等。這些技術將無疑會推動整個混凝土機械行業(yè)向著更加智能、更加人性化的方向發(fā)展。

文章摘自微信公眾號：“中國混凝土網(wǎng)”，作者：王偉、鄧侃，如涉及作品內(nèi)容、版權和其它問題，請及時聯(lián)系，我們將盡快處理。