多形宏毅：關(guān)于工程機(jī)械智能化的思考

2023年3月28日，由中機(jī)科（北京）車輛檢測工程研究院有限公司指導(dǎo)，《工程機(jī)械與維修》雜志主辦，匠客工程機(jī)械承辦的“2023中國工程機(jī)械年度產(chǎn)品TOP50頒獎(jiǎng)典禮”在北京盛大舉行。在2023中國工程機(jī)械年度產(chǎn)品發(fā)展（北京）論壇上，三一集團(tuán)總裁助理、大挖研究所所長多形宏毅做了以「 關(guān)于工程機(jī)械智能化的思考」為主題的重要演講。

工程機(jī)械智能化的必要性

工程機(jī)械智能化是指基于數(shù)字化硬件為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)處理、算法軟件開發(fā)，通過網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備使用的自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)控、檢測、預(yù)報(bào)、診斷與維護(hù)，并在此基礎(chǔ)上，利用云端大數(shù)據(jù)及軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)群智慧化施工，達(dá)到精準(zhǔn)、高效、安全的作業(yè)。

目前，挖掘機(jī)作業(yè)存在的難題包括：大面積精準(zhǔn)修斜坡、整平，盲挖施工，作業(yè)精度低。多工況作業(yè)，依賴操作經(jīng)驗(yàn)，僅憑視覺、感覺操作，綜合效率低。多工況作業(yè)，依賴操作經(jīng)驗(yàn)，僅憑視覺、感覺操作，綜合效率低。挖掘機(jī)作為工程機(jī)械行業(yè)最具有代表性的產(chǎn)品，技術(shù)含量最高，市場保有總量最大，被稱為工程機(jī)械行業(yè)“皇冠上的明珠”，挖掘機(jī)智能化的發(fā)展直接影響工程機(jī)械發(fā)展的方向。工程機(jī)械的智能化、無人化是行業(yè)趨勢，大型挖掘機(jī)產(chǎn)品的智能化是未來礦山無人化的最關(guān)鍵因素，未來我們將重點(diǎn)攻克智慧礦山場景。

智能化基礎(chǔ)

挖掘機(jī)電控化技術(shù)包括挖掘機(jī)電控化技術(shù)、先導(dǎo)級(jí)電控化、信息傳感技術(shù)等。挖掘機(jī)自動(dòng)化技術(shù)包括多模式預(yù)設(shè)、遠(yuǎn)程遙控、安全作業(yè)、輔助作業(yè)等內(nèi)容。多模式預(yù)設(shè)技術(shù)可根據(jù)挖掘機(jī)和礦車的相對(duì)位置，預(yù)設(shè)多種工況模式，操作手可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)工況實(shí)時(shí)選擇，提高作業(yè)效率。云臺(tái)隨動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，通過雙目3D、云臺(tái)隨動(dòng)系統(tǒng)、MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遙控、圖像無線傳輸，實(shí)現(xiàn)遙控車遠(yuǎn)程操作、手持遙控器移動(dòng)操作，達(dá)到遠(yuǎn)程操控室操作與原駕駛室同等視覺效果。

軌跡控制技術(shù)可根據(jù)姿態(tài)信息和負(fù)載壓力實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)齒尖位置的精準(zhǔn)計(jì)算。齒尖定位即通過加裝在挖掘機(jī)工作裝置、平臺(tái)的姿態(tài)傳感器，得到齒尖坐標(biāo)。閉環(huán)控制即通過挖機(jī)齒尖當(dāng)前位置與目標(biāo)位置的差值，調(diào)整閥芯、限流比例閥實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥、主泵的控制，最終實(shí)現(xiàn)齒尖位置沿目標(biāo)位置移動(dòng)。

全方位、多層次自防護(hù)技術(shù)，通過雷達(dá)探測報(bào)警，然后通過全景攝像頭自主識(shí)別人或物，并實(shí)施安全評(píng)價(jià)，啟用安全保護(hù)功能。在挖機(jī)前后左右加裝高清攝像頭，通過圖像拼接，實(shí)現(xiàn)全景視野。在挖掘機(jī)周圍（左、右、后側(cè)）平臺(tái)邊梁及配重側(cè)布置雷達(dá)傳感器，當(dāng)人靠近挖掘機(jī)周圍設(shè)定范圍，挖掘機(jī)發(fā)出報(bào)警提示聲音。挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)，碰到電子圍欄設(shè)定區(qū)域時(shí)，機(jī)器停止動(dòng)作，發(fā)出聲光報(bào)警。

智能化應(yīng)用場景

近年來，挖掘機(jī)市場越來越細(xì)分化，對(duì)性能要求越來越高。精準(zhǔn)修斜坡、整平，盲挖（水下、霧天）施工中，現(xiàn)有挖機(jī)精度不能保證。多工況作業(yè)依賴操作經(jīng)驗(yàn)，憑視覺、感覺操作，綜合效率低下。危險(xiǎn)作業(yè)（抗震救災(zāi)、有毒環(huán)境、危險(xiǎn)隧道等）中，安全不能保證。

智能化應(yīng)用場景主要包括：精準(zhǔn)作業(yè)、盲挖作業(yè)、多工況作業(yè)、危險(xiǎn)作業(yè)等。SY365智能挖掘機(jī)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)一鍵輔助平地、修坡，無人駕駛自動(dòng)挖掘、甩方、裝車等功能，自動(dòng)挖“二維碼”收錄至浙江衛(wèi)視《智造將來》科技創(chuàng)新專題篇。采用挖掘機(jī)軌跡控制技術(shù)的SY950E水下自動(dòng)整平船挖，25m加長臂實(shí)現(xiàn)水下17m的基床自動(dòng)整，達(dá)到齒尖運(yùn)行過程中高程差在±5cm以內(nèi)的預(yù)期目標(biāo)。SY650智能機(jī)、SY980、SY1250等設(shè)備均采用多模式預(yù)設(shè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及實(shí)時(shí)作業(yè)模式選擇功能。SY215、SY365智能挖掘機(jī)應(yīng)用到“中國武警交通部隊(duì)”搶險(xiǎn)救援和危險(xiǎn)處理，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多屬具遙控操作。

智能化發(fā)展趨勢

智能化發(fā)展趨勢包括智能化元器件應(yīng)用、大數(shù)據(jù)庫建立、5G技術(shù)應(yīng)用、無人機(jī)輔助施工等幾個(gè)方面內(nèi)容。元器件的開發(fā)包括各類傳感器、無人機(jī)、雷達(dá)等。大數(shù)據(jù)庫建立后，操作手可根據(jù)工況，通過人機(jī)交互界面調(diào)整參數(shù)，并上傳至云平臺(tái)，實(shí)時(shí)更新，形成云端作業(yè)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)多目標(biāo)函數(shù)分析，給客戶提供最優(yōu)化的工況參數(shù)。5G技術(shù)應(yīng)用即采用自主研發(fā)的圖像算法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作下的立體成像。采用5G網(wǎng)絡(luò)，有助于降低傳輸時(shí)延，提升作業(yè)效率。

無人機(jī)輔助施工技術(shù)是指，通過無人機(jī)掃描初始施工地形，自動(dòng)進(jìn)行測繪，形成三維數(shù)字地圖。三維數(shù)字地圖上進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。同時(shí)可在三維數(shù)字地圖可以直接選取行走路線，科學(xué)規(guī)劃行走路線，從而實(shí)現(xiàn)自主路徑及作業(yè)規(guī)劃。智能控制平臺(tái)向云服務(wù)器發(fā)送挖掘機(jī)當(dāng)前位置，位置通過云服務(wù)器發(fā)送給三維控制平臺(tái)。三維遠(yuǎn)程控制平臺(tái)向云服務(wù)器發(fā)送作業(yè)指令，作業(yè)指令再通過云服務(wù)器發(fā)送給智能控制平臺(tái)。