自动化技术在机械工程中的应用

买咏平

（宁夏青龙塑料管材有限公司，宁夏 银川 750021）

机械自动化是根据技术人员嵌入的预设执行程序进行识别对象而作业一种过程。目前，中国社会不断发展进步，人们对生活质量的要求不断提高，这不仅仅包括家庭电气的自动化，还包括工作环境中机械的自动化，通过机械智能自动完成作业任务，而作业人员只需要简单地操作机械，维持正常运作就可以，如此，机械自动化可以有效减轻工作人员的负担，节约成本，还能提高建筑工程的施工质量[1]。由于施工人员以前都是手持施工用具进行施工，器械过于简陋，所有的施工重担都落在施工人员肩上，这会导致职工劳累过度，甚至有些建筑项目管理者为了赶项目进度，让职工连夜劳作，职工的精力就会下降，出现施工质量问题或工地安全施工问题也不足为奇，而自动化施工用具就可以很好地减轻施工人员的负担，只要机器性能良好，就可以不间断的施工，并且施工质量也不会因为作业时间过长而变差。目前，机械自动化技术已经在建筑行业开始得到应用，大量的实践也说明了自动化器械不但能缩短施工时间，确保施工质量，还能保障施工人员的安全，减少施工事故的发生，推进中国建筑行业蓬勃健康发展。

1 机械工程自动化的重要意义

在机械工程中运用自动化技术能够有效推动中国的机械制造发展，同时还能提高机械的生产水平。当时，许多企业都开始运用机械自动化和智能化系统，将它们结合起来运用，可以提升企业生产能力，促进中国经济的发展。在很短的时间内，人们生活质量的提高离不开经济的加速发展。对于国家制造业来说，机械制造业是很重要的一部分，随着发展，挑战也越来越大，跟国际的制造业水平比较，中国还有很大的上升空间[2]。工程制造业和工业有紧密的关系，工业能够推动中国在国际的地位，当前，一部分的生产厂家已经开始关注自动化技术在机械工程中的重要性。自动化技术不仅能够推动生产的水平，还能够提高机械制造的效率。同时，智能化的发展让中国的工业技术能力迈上了新台阶，当时，中国绝大多数的机械制造企业在生产的过程当中，不仅会运用到自动化的技术，智能化技术也会同时运用。所以智能化和自动化技术是中国机械制造企业的发展趋势，智能化技术在运用过程中可以把发生失误的概率降低，提升产品的质量，还能够对生产过程中发生的问题进行处理，为中国机械制造工程作出了一定的贡献。

2 机械自动化控制的关键技术

2.1 位置导向功能

在建筑施工工程中，作业人员可以通过机械自动化控制技术和位置诱导技术，让大型施工机械按照已设定的施工路径进行施工，如此，可以大大减轻作业人员的劳动负担，并且能有效控制施工质量。如若施工器械在作业过程中逐渐偏离了自己的轨道，安装在器械上的传感器就会检测到机械位置轨迹有错误，控制中心就会自动进行调整，及时纠正机械的位置、方向、行驶速度等等，让其回到自己的作业预设路线，而且传感器是实时进行位置监测，一旦有所偏侧，调整过程就会瞬间发生，并不会导致施工错误[3]。

2.2 位置辨别功能

在建筑施工工程中，机械的自身位置识别功能是极为关键的技术，它能对自身位置进行精准的识别，为其他作业活动提供有效精准的数据参数，也是实现远程操控机械或是机械自动作业的基础。位置辨别功能分为外部位置识别和内部位置识别，前者是通过预设位置为基准，然后利用电磁波测距，对其他器械进行定位，从而识别各个作业机械的位置，而后者则是利用速度传感器和回转式角传感器，对行驶的路径进行数据收集，然后通过控制系统的精确计算，从而判断出作业机械的位置。

2.3 机群控制功能

在建筑施工工地上，一般都会有多个工种机械同时施工，即使是同一个工种也会有多个机械，为了提升各个机械的配合度和施工效率，可以利用机群控制系统对工地上的施工机械进行统一的调配[4]。这就需要机群控制系统收集各个机械设备的运行状态，如位置信息、作业任务、机体的运行状态等等一些信息，然后传输到机群控制平台，经过中央控制系统科学的计算，合理调配各个施工机械，并发布合理的任务，增强施工器械的利用率，保障各个机械协调运作。

2.4 施工现场安全管理功能

在施工现场，环境异常复杂，不稳定因素较多，施工人员的人身安全也面临着诸多的考验，而且施工现场都是各种各样的施工设备协同作业，一旦某个机械出现了故障，也会引起安全隐患。因此，施工现场的安全管理极为关键，每个机械设备都应该具有感知障碍物的基本功能。一般自动化的机械自身都具备多种传感器，用来识别施工环境中的各种情况，并将监测数据传输给中央控制系统，然后进行虚拟模拟仿真计算，当实时数据超出了预设的参考值时，系统就会控制施工设备，进行相应的调整，避免危险，或是提醒操作人员有危险隐患，进行人工干预调整，从而有效对施工现场的安全进行维护。

2.5 作业对象识别功能

施工机械在进行作业的过程中，还需要具备识别作业对象的功能，才能进行施工操作。此项功能也是利用传感技术，收集机身周围的实际情况信息，然后利用图形信息技术处理，识别出需要处理的对象。例如，挖掘机可以利用此项功能，识别出岩石、土方等一些实物，进而进行精准作业。

3 机械自动化在建筑工程中应用

以上提到了一些自动化机械的关键技术，如今，也开始应用到了施工机械上面。其中主要是利用传感器收集机械所处环境的信息，然后利用计算机辅助计算，将图形、声波、电磁波信息转化为具体的数值信息，然后进行编程计算，控制机械基本动作，从而实现施工自动化过程。笔者将介绍以下4 种机械自动化施工应用。

3.1 自动化压路机

在建筑施工作业过程中，压路机可以结合传感器技术和远程通信技术，实现自动化施工，从而大大减少人力成本，发挥出巨大的经济效益。自动化压路机可以利用水平测量仪和红外线测量仪，实现对路面的测量和分析，实时收集机身周围信息，再利用远程通信技术，将数据参数传输给中心控制平台，计算机将得到的信息数据进行整理计算过后，就会自动发布下一条指令，操纵压路机自动作业。结合了世界的前沿科技力量，自动化压路机主要是向着无人化、智能化的终极目标发展。传统的压路机通过与自动化科技的结合，能对施工任务精准把握，并能高效地完成任务，操作员会有休息的时间，但是自动化压路机只要拥有足够的能源，就能不间断地作业，大大缩短了施工周期[5]。

3.2 自动化挖掘机

传统的挖掘机可以利用激光自动挖掘系统实现自动化，其中激光检测系统可以监测车体的高度和作业面的实际情况，然后再将数据参数信息传送到掘削系统，经过精密的计算和模拟，系统就会发布执行命令，对挖掘机的输送油缸、转轮方向、电磁比例阀、车速等等一些参数进行控制，实现精准的持续性操作。

3.3 机械自动化照明系统

在建筑工地夜间作业期间，照明系统极为关键，如若不能合理控制照明灯的光照强度，就会导致作业人员无法施工，或是对危险错误判断，导致施工事故。此项技术主要是对终端数据进行采集，然后进行合理调度，缩减对设备故障的反应速度，尤其在市政工程建设中，照明设施的建设率更高，利用机械自动化技术，通过GPRS 技术、地理信息系统的利用，将当前路灯设备运行情况、测绘图纸信息呈现在大屏幕上，增加移动数据采集设备，利用变功率镇流器提升自动化程度，增加遥调功能的发挥，调节道路照度。

3.4 安全管理系统的自动化

在建筑施工中，还可以建立自动化安全管理体统，也同样是利用传感器和无线通信手段，实现自动化管理。例如，在在施工现场和库房中，将门锁嵌入自动报警装置，一旦发生非正常手段开锁的情况可以启动报警装置；也可以在施工场地，安装监控摄像头，进行云监控，然后通过图形数字化处理，自动识别出危险所在，并提前进行预警，确保施工人员的安全，就如交通监控识别违章车一样；也可以对施工器械的性能参数进行实时监控，如若超出合理范围，也可以进行报警，或是直接发送“停止作业”的指令，令其自动前往故障检测场地；如若施工现场存在堵塞施工通道、随意摆放施工设备的情况，机械自动化技术的应用也可以使报警装置及时发出警报，维护施工人员的生命安全，及时控制或取消施工设备危险作业，促进施工现场的稳步运行[6]。

4 建筑工程机械自动化的应用现状

4.1 缺少自动化概念

目前，相当一部分建筑施工单位不愿意引进自动化的设备，甚是对自动化的概念都不甚了解，认为设备是不可能自主作业的，还是需要人力去操控，或是自动化设备的购买成本和维护成本太高，还不如多招聘一些基层施工人员。并且一些设备和技术的革新，就意味着公司需要消耗大量的资金去培训专业的操作人员，还需要聘请专业设备维护人员，对设备进行养护。如若资金投入量过大，在改革施工作业的过程，出现一些不适应的情况，就会导致非常大的损失。因此，非常多的施工单位都不敢做“第一个吃螃蟹的人”，都在等待自动化施工模式成熟后，有现成成功的实施方案后，才敢于去应用。也有少数建筑施工单位勇于引进自动化技术，但是缺乏创新意识，导致效果甚微。中国的机械制造企业发展仍然不够先进，缺乏创新思维，对机械自动化在建筑行业的应用不甚了解，只是仿造其他产品加工行业上的设备，但是建筑施工的机械应用环境比产品流水线环境更为复杂。即使能制造出设备，也需要人力进行辅助操作，而不能完全像流水作业一样，完全由智能控制系统进行操控，故而，这只能称为“半自动化”。

4.2 自动化技术人才缺失

中国对自动化技术的人才培养都不太重视，特别是大学学校，对学生教授的知识大多已经过时，学生参加工作的时候，对行业内比较热门的技术和知识都不甚了解，而且没有一定的工作经验，公司的培训制度也不会给学生传授相关知识，而是不断地讲授公司的企业文化和历史、职能要求和责任、人事管理条例等等。这就造成了“学”与“用”的矛盾，很多学生都要重新花费精力和时间去学习自动化的知识，才能够从事相关的工作，如此，人才输送效率就会大大降低。一些施工单位即使想要改革自己的施工模式或是自动化机械研发部想要进行创新，也招收不到合适的人才，所以整个行业都会感觉到毕业生的综合素质在逐年下降。

5 自动化技术在机械工程中应用的相关建议

5.1 重视自动化技术和人才培养

机械自动化的快速发展都离不开企业大量研发资金的注入和专业技术人员的培养，“科技是第一生产力”，而能创造出科学方案的主体是具有高素质的人才。因此，建筑企业要高度重视自动化技术和人才培养。首先，企业的管理人员要充分认识到机械自动化的优势，所谓“磨刀不误砍柴工”，当自动化体系还没有建立起来的时候，必然会花费大量资金去培养人才，而当自动化施工体系成熟的时候，就会大大节省人力成本，不仅会缩短工期，还会提高工程质量，因此，管理人员应该长远考虑，而不是只顾眼前的利益。其次，公司和政府都要注重人才培养，就学校方面而言，教育部门应该推行课改，重视学生的实践能力，让学校教授的课程与社会生产接轨，避免学生在大学虚度四年时光，或是只为积累应聘证书，而无工作能力；就企业而言，施工单位或是机械研发单位应该注重“一带一帮”的培养模式，让老员工多传授知识给新员工，让新员工快速适应工作环境，参与研发工作，贡献自己的才智；企业也有必要定期组织培训，邀请自动化相关专业的专家讲解科学前沿的技术，增长职员的见识，让他们跟紧时代的脚步，发挥自己的创造力，为机械自动化领域加砖添瓦。

5.2 提高智能机械化水平

目前，中国的机械自动化设备仍是以半自动化为主，完全自动化也就只能做简单而单一的流水线生产，应对建筑施工复杂的环境，完全不能处理。故而，国家政府应该重视相关领域自动化的研究，特别是对着建设施工这种复杂的作业环境，可以在政策上给予自动化相关生产一些优惠政策，引导企业进行相关的投资和研究，逐步提高工程的自动化程度，实现从人工辅助操作的“半自动化”到人工智能的“全自动化”的飞跃。相比于传统的建筑施工，“半自动化”机械也能强化生产效率，促进建筑行业的迅速发展。

6 结语

总而言之，机械自动化应用领域比较广泛，而简单的“半自动化”机械已经在加工制造厂得到了大规模的应用，“全自动化”的建筑施工机械也正在如火如荼的开发研究之中，而中国科学体系的建立相比于发达国家，已经晚了几十年，想要赶超世界前列，实现真正的无人智能工业生产，还需要进一步重视机械自动化和人才的培养，以高科技推动中国工业生产的发展，从而推动社会经济的发展，继而用雄厚的资金涵养人才，实现“科技—生产力—经济—人才”的良性循环，从而实现中国的工业强国梦。