论文人工智能的忧虑(2)
论文人工智能的忧虑篇二
机械设备的人工智能化技术
摘要：本文重点围绕人工智能化技术进行阐述，涵盖机械的自动化和无人控制化技术及其远景展望。
关键词： 管理控制;自动化;机械设备
Abstract: this paper mainly artificial intelligence technology around this covers the automation and control mechanical no technical of vision and its prospects.
Keywords: management control; Automation; Mechanical equipment
中图分类号：F407.4文献标识码：A 文章编号：
随着科技日趋现代化，自动化发展。使得工程施工机械也向着专门化、自动化甚而无人化作业方向转变。因而多种控制技术在现代工程施工机械中得到了更为广泛的应用与发展。
1施工机械的自动化、无人化作业
1.1自动化控制技术应用于土木工程
目前，具有不同机能的自动化控制技术在工程施工机械中得到了广泛的应用。如摊铺机上安装的自动调平装置可实现摊铺作业的纵向、横向自动找平;有一些摊铺机还安装有混合料自动供料装置，对铺层厚度进行自动控制与管理;有的还实现了摊铺机转向自动化。在推土机上安装电子监测监控系统(PIC)、工作装置参数自寻优PID控制系统，实现了推土机的自动监控和工作装置的微机自动控制。德国帕绍(A.F.pasau)的EST17微处理机控制装置使装载机传动系统自动化。液压挖掘机的电子载荷传感系统、故障监控系统、自动怠速装置和工作模式电控系统等，实现了挖掘机局部功能自动化控制。
近年已出现了无线遥控挖掘机和全自动液压挖掘机，压实机械的压实控制系统(BTM)、随车监测系统等，平地机铲刀实现自动调平控制，清扫车上采用可编程序控制器以实现其智能化等。
1.2自动化作业在大型机械设备控制中的功能开发
地面大型机械包括推土机、挖掘机等土方机械作业的自动化，将会大大提高作业质量和作业生产效率。最早实现推土机铲刀和挖掘机铲斗位置控制的是一种以开关系统为基础的反馈控制系统。利用激光实现推土自动化系统的研究是从70年代中期开始的。1976年开发研制了推土机铲刀的激光控制装置—激光测平装置，它由投光器、感光器、控制装置等组成，由于控制系统存在着速度响应问题，当时并未用于实际施工作业。随后，由于电子技术的发展促进了自动控制系统的开发研究。1993年，日本学者北郁夫开发了KOMATSULASER LEVELING SYSTEM，使推土机车速在5km/h作业时，平整精度达到了±3cm。激光自动掘削系统也已用于液压挖掘机的作业中。1992年，日本菊池雄一等开发研制的激光自动掘削系统，如图1所示。
图1液压挖掘机自动掘削控制系统
该系统由自动直线加工系统和激光系统组成。激光感光器测出加工面的激光位置，激光系统测得挖掘机车体高度，将信号传送到自动掘削系统，系统根据这些情报及各传感元件的信息，将处理后的信号传给控制挖掘轨迹的各电磁比例控制阀，实现动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的自动控制。这种控制比一般的施工作业提高加工精度3倍，提高施工能力1.6倍。
1.3多功能组合的自动化整合在水下作业中运用
近期，水下施工作业在建设中的需求也越来越多，尤其多功能、高功效自动化整合型的设备也覆盖了更多的专业市场。集深浅作业、水下焊接、水下切割、水下测量、水下埋设等多种功能于一体的钻探机、管线埋设机、机器人等，满足了大型水下作业无人化施工的需要。
同时，单台施工机械无人化开发研究的同时，多台设备、测控装置联动组合的无人化水下施工(机群控制)的研究也在日益智能化，全天候发展。
2自动化控制技术在工程施工机械作业时应具备的机能
施工机械作业主要从事施工现场土、石方面的作业。此类作业对象绝大部分较为复杂，环境比较恶劣，因此，为了实现自动化作业，就要求施工机械在作业现场内要具有确认自已位置的能力并同时具有不与现场其它设备、车辆等发生接触的能力，按照既定的路线严格作业。在这方面要求机械设备能对作业对象土、砂、岩石等的位置、大小，形状以及它们的特性进行正确的认识和判断，从而选择最佳作业方式。在多台机械、车辆联合作业时，各机械、车辆的作业指令是由中央控制室发出的，控制各机械车辆的相互配合以及有序进行各自的作业。此外，各作业机械、车辆还应具有自身独立的判断能力等。当然，理论上的探讨终归是纸上谈兵，所有的机能技术的实现都要以科技的发展为依托。
2.1机械车辆的位置判断和信号采集
机械本身安装有自动体识别系统。它可以使机械或车辆自行辨认各自所处位置。现代多采用外部和内部两种位置识别法。外部位置识别法是在施工现场的几处设定绝对位置基准点，借助于电磁波或超声波测定机械或车辆绝对位置的方法;内部位置识别法则不需依赖现场设定的基准点，而是用回转式角度传感器和车载速度测定传感器等测定的车辆行走数据来确认自身运动和方位变化。
2.2自动复位控制机能的输入和输出
如果在自动化施工作业中位置识别机能确认机械或车辆在作业中已偏离既定路线，没有严格按照自动化施工中的既定路线，那么机械或车辆应该具有自动复位的控制机能，也称位置诱导控制技术，它是种操纵控制技术。使机械、车辆的方向位置、速度、始终严格按设定路线进行作业。例如，在工厂和狭窄作业场地采用的磁力式路径诱导以及车体偏位、车体姿势角测定的一些传感技术等。
2.3关于施工机群及其控制方面的技术
施工过程中，不同种类的机械要相互配合作业，其形式和方法比较繁杂，在这种情形下要做到井然有序，要实现自动化、无人化，就应该有一个这样的控制系统——把各种机械的位置和工作的实时状况传送到中央控制室，再由中央控制室把各机械作业方式的指令传送到位。因此该系统具备以下功能：(1)随时把握各机械位置、运转状况，并把它们传送到中央控制装置;(2)具有对各机械传送数据的全作业状况进行分析的解析系统;(3)能够确定由于工程推后、不测状况等变化而引起作业差别的处理方法，并将新的作业指令传送到各作业车辆。
2.4关于物性及其评价方面的技术
无人化施工作业必须由机械自身来判断地层状况，选择合适的作业方式，具有评价作业对象物性、品质以及相应变更、修正作业条件的机能。物性评价系统包括作业对象的特性计测机能和对应其特性的最佳作业方式选定机能两部分。作业对象的特性指它们的种类、含水率、密度等物理性质以及强度、刚度等力学性质。在进行物性方面评价时，也应研究并说明机械与作业对象物的相互作业机理。
2.5关于智能化完全取代人工的技术
要实现施工自动化，不仅要有高效处理机能的机群中央控制系统，而且期望各个机械(车辆)具有判断处理自身运转状况的机能，就相当于具有操作手的思维、判断能力一样。利用专家系统建立的推理和学习机能，可实现某种人工智能。
目前：单台机械无人化已进入实用阶段。今后此领域的研究将具有以下特点：(1)研究开发高精度、高性能，具有感知性能的传感元件，如：载荷传感器、红外线传感器、激光传感器、超声波传感器、视觉传感器、行程传感器、车速传感器(具有移动功能)以及车体倾斜计、滑移控制器、扭矩计、操纵控制器、回转式编码器、地基情报采集系统等;(2)开发具有最佳行走操纵的自动控制系统，以提高机械的作业能力、作业效率以及提高机械的操作简便化、机动化、安全化等。
3对于施工机械的无人化和自动化研究的展望
美国、日本、德国等国在施工机械无人化、自动化方面已经进行了大量的研究开发工作，并且取得了较大的成果。日本在建筑业中实现了从钢筋配置整接、预制砼板、地面标高和平整度处理等自动化、无人化;在土方机械施工中实现了实时测控土方、挖掘作业、土方整平作业的自动控制。还有实现了隧道开挖、加固、管道铺设机械的自动化。澳大利亚也成功地开发了无人驾驶自卸车，实现了在千米以下坑道施工作业的无人化等。在施工机械向自动化、无人化发展的道路上，具有单个或多个自动化功能的施工机械已开发成功并得到应用。
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