淺析施工機械的自動化和無人化技術論文

摘要：隨着各種施工工程大力發展，在施工過程中進行自動化以及無人化操作得到了廣泛的應用，具有極大的發展空間，本文論述了在工程施工機械中的自動化技術以及具體施工作業中的運用。

關鍵詞：工程施工；自動化技術；無人化；感知系統

1在現代工程施工機械中的自動化與無人化技術概述

大多數工程機械的工作對象比較複雜，施工環境比較差的施工現場從事的是土石方作業。為了實現自動操作，施工現場的施工機械應具備確認自身位置即位置識別能力，並能夠做到不與現場其他的設備例如車輛發生碰觸即安全管理能力；在操作中，應該嚴格地根據所建立路線進行移動的即對操作對象的誘導功能，並且對土壤、砂子和巖石等的位置、形狀、尺寸和特性進行有效地評估確定最佳的作業方式。同時，當多個機器和車輛進行組合操作時，中央控制室向每個機器和車輛進行工作安排，平衡不同機器和車輛之間的彼此協作，促進各個作業的完成，即集羣控制。同時，個體工作機器和車輛還應具有自主的判斷意識即人工智能。充分利用現代化先進的科學技術能夠實現以上施工工程機械的自動化與無人化。

1.1施工機械中的位置識別技術

位置識別技術是指機械或車輛本身具有自動識別位置的能力，即機器本身配備有自動體的識別系統。現在，在施工工程中，更多地採用外部位置識別和內部位置識別進行有效結合的方法。外部位置識別方法是將絕對位置參考點設置在施工現場的幾處位置，並通過超聲波或電磁波確定機器或者車輛的絕對位置的一種方法。而內部位置識別方法在確定位置的時候不依賴於在現場設置的參考點，而是通過測量傳感器和旋轉角度傳感器來確定車輛的移動和方位角度的變化。

1.2施工機械中的安全管理技術

在工程施工的現場，很多時候各種機械和各種作業同時進行，不可避免地產生很多施工材料以及施工設備的存放問題，增加了施工機械以及施工車輛的作業難度，成為了施工機械以及施工車輛無人操作的重要障礙。所以，這就要求施工機械自身具有警告感知、機械暫停、安全域感應等不同的功能。在這方面的障礙感應技術包括超聲波感知，對電波光波的感知以及相關的圖像處理辦法。

2自動化與無人化在工程機械施工中的具體應用

2.1自動化控制技術在施工機械中的運用

能夠實現不同操作功能的自動控制技術在工程機械中發揮了巨大的作用，逐漸推廣開來。例如在攤鋪機上安裝的自動調平裝置能夠做到對作業對象的垂直攤鋪和水平自動調平；部分比較高級的'攤鋪機上配備了自動進料裝置，同時還能夠對鋪層的厚度根據作業的實際需要進行自動控制與有效調節管理；能夠做到攤鋪機的自動化運作。除此之外，在推土機上進行電子監控系統（PIC）以及工作裝置的自優化PID系統的安裝，能夠做到推土機等設備的自動監測以及對儀器設備的微電腦自動控制。來自德國u的EST17微處理器控制單元使裝載機驅動系統實現了自動化。在挖掘機局部功能的自動化控制方面，電子控制系統、故障監控系統、液壓挖掘機電子負載傳感系統以及自動怠速裝置的工作模式等發揮了重要的作用。近年來，在工程施工機械上應用了新的技術包括壓實機械壓實控制系統（BTM）、車輛監控系統、無線遙控挖掘機和自動液壓挖掘機、平地機的自動調平控制，清洗車輛上使用可編程控制器以促進其智能化運作等。

2.2自動化壓路機在施工機械中的運用

壓路機在施工工程中發揮着重要的基礎性的作用，遠程通信、數據處理系統、檢測系統、中央控制系統等技術的應用實現了自動化壓路機的自動化運作。在具體的實施過程中，在施工場地提前設置參考點，將參考點數據信息傳送到中央控制系統，控制系統將位置信號轉化為設備控制指令，再利用無線通信技術對施工設備進行調整和校準，最終達到壓實作業的完成。

2.3推土機、挖掘機在施工機械中的運用

推土機與挖掘機在工程施工機械中具有重要的地位，兩者的自動化運作能夠大大地提高工作效率，促進工程質量的提升。在挖掘機剷鬥和推土機剷刀上最早實現了自動控制裝置的運用，當時的主要部件有控制系統、發射器與感光器等。在具體的運用過程中，該設備的速度響應不能跟上作業的進行，所以沒有得到廣泛推廣。由於現代電子技術的迅速發展，在20世紀末，由日本學者北鬱夫創建的KOMATSULaserlevelingsustem平整維持系統實現了當推土機的行駛速度為每小時五千米時平面度在三釐米之內的誤差。該系統的有效性使其在液壓挖掘機中也得到了有效的使用。

2.4壓實機械的無人化在施工機械中的運用

振動壓路機的無人操作已經應用於水庫大壩的水泥混凝土滾動中，用於建立由中央控制裝置、數據處理裝置、車輛控制裝置、通信裝置和檢測裝置等組成的有效控制系統。在振動壓路機操作區域中，位置檢測功能可以確保機器沿着確定的位置進行均勻壓路，充分發揮控制系統的重要作用。位置檢測由光波距離計和設置在參考點處的車載自動跟蹤裝置完成的。振動壓路機的工作位置是從位置檢測裝置檢測出來的之後送達到中央控制裝置。中央控制系統把接收到的位置參數傳送到無線電裝置進而發送出車輛位置校正命令的車輛控制信號，該指令被髮送到執行部件如氣缸和電動機等以進行壓路機的工作。在具體的作業中根據不同的現實情況採用不同的操作形式，主要有手動、自動以及無線電操作等三種操作控制方式。

隨着現代信息技術以及通訊技術的提高，施工工程的自動化與無人化操作逐漸有了更多的技術支持，有着更大的發展空間。未來有望開發出更加精準感知操作能力更強的系統，實現多台機械設備的無人化作業，極大地促進施工工程的發展。

參考文獻

[1]趙夏清.論機械自動化在土木工程施工中應用[J].自動化與儀器儀表,2015(8):64-66.

[2]王國法.綜採自動化智能化無人化成套技術與裝備發展方向[J].煤炭科學技術,2014(9):30-34+39.

[3]宋國棟,趙鯤鵬,王梓任.談土木施工工程機械自動化[J].電子製作,2013(23):83.

[4]趙英利,陳春慧,尚雲龍.談土木施工工程機械自動化[J].森林工程,2002(2):63-64.

[5]何挺繼.工程施工機械的自動化與無人化技術[J].築路機械與施工機械化,1997(2):2-4+41.

[6]黃宗益.工程機械機電一體化、機器人化[J].中國機械工程,1996(3):64-66+124.