建筑机械自动化技术研究及发展

　　摘要：随着经济社会的飞速发展和人民生活水平的不断提高，对建筑机械自动化的程度要求越来越高。本文对建筑机械自动化的发展现状做了阐述，研究了其中的关键技术，并对我国建筑机械的发展做了展望。
　　关键词：建筑机械；自动化；关键技术；发展
　　随着社会经济、技术的飞速发展和人类生活水平的不断提高，要求建筑施工向安全、高效、省力、优质、舒适方向发展，传统的建筑机械虽然可以实现机械化施工，在一定程度上满足上述要求，但仍然是手工操纵。工人劳动强度较大、舒适性较差，劳动生产率也较低，而且施工质量、施工安全在很大程度上取决于各种人为因素。建筑业属于仅次于采掘业的苦、脏、险行业，因事故而伤亡的人数也较多。基于此，要求建筑机械自动化的呼声十分强烈。如何在中国新一轮的建设高潮中提高核心竞争力，发展核心建筑机械技术，开辟新市场，在国际竞争中占据一席之地，已成为中国建筑企业亟需解决的一个大问题。
　　1建筑机械自动化现状
　　建筑机械自动化的开发研究工作始于50年代，1978年日本研制成功世界第一台建筑机器人，80年代后开发步伐加快。当前，西方发达国家及我国哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化所等单位在从事建筑机械自动化的开发研究中均取得了一定的成果，其中日、美两国的开发研究工作处于领先水平。
　　建筑机械采用自动化装备的主要有：推土机及平地机，挖掘机和装载机，运输机械，起重机，基础工程机械，凿岩机及隧道工程机械，压实机械，砼机械，路面铺设机械，道路维护机械，试验、检测机械，钢桥、PC桥架设机械，大坝砼机械等：
　　典型的自动化建筑机械是由日本大成建设株代会社研制成功履带式铲车，该产品应用惯性导航法原理，依靠通信网络系统、自身机械操作和自身监控信息反馈处理系统，通过计算机控制和自行判断，在无人驾驶的清况下独立工作。因为能24小时独立操作施工，工期大为缩短而且安全，可靠性能好，因此今后在地下工程无人区、深层海底、宇宙中的星球表面等有危险及远程遥控无法工作、对人类来讲施工极其困难的场所，它可以发挥出威力。这种靠自身人工智能控制系统独立行走的机械具备了以下能力：(1)本身具有控制、检验自己位置与姿势的能力；(2)自行设定操作、控制程序的能力；(3)对周围的状况进行判断，就此作出控制程序变更的能力。通过这些能力，即人工智能大脑把机械的出发地点与周围空间环境状况通过若干个坐标输入专用程序后，由装置在机械上的计算机算出机械自己的位置，单独自控行走的实验机开始按自行设定的程序行走，即使碰到障碍物，由于事前通过探查读数器检测到了周围环境的情况或信息，已经由程序指示安排了绕道迂回等指令。
　　综观国内外，建筑机械产品的电子化、自动化和机器人化是不可抗拒的技术潮流。从其作业特点来看，大致可分为完成多种作业的通用性建筑机械和完成单一作业的专用性工程机械。通用性建筑机械向机电信一体化方向发展，这类机械具有多种功能，需要完成复合性作业操作，工作环境复杂，难以分解成简单的模式动作，实现全自动化很困难，需要由人来操纵和掌握。目前。电子控制技术正在不断地向这类机械渗透和普及，出现了新一代所谓的电了挖掘机、电子推土机等。特定工程专用机械向建筑机器人方向发展，建设工程中有些比较单独的作业操作，往往采用专用机械来施工，还有根据施工要求将施工技术和施工机械相结合创造出新的施工法，即结合施工法设计的特殊用途的专用机械，像这类机械国外大多采用电子控制技术，以实现自动化和无人化操作施工。国外往往把这类采用机电信一体化技术，能自动地进行作业的机械和系统称作建设机器人。
　　建筑机器人通常由施工操作输入系统、翻译系统、信息前置处理系统、控制系统及执行系统等部分组成，如图I所示。
　　
　　建筑施工机器人的施工操作输入系统包括施工模型输入系统和施工模型库输入系统两部分。施工模型输入系统用于输入机器工作所需要的施工操作内容，作业进度计划以及施工操作条件等信息；施工模型库是智能机器人的记忆，它将以往的类似的施工操作经验以操作信息的形式输入机器人控制系统。施工模型和施工模型库两者共同完成建筑工程施工机器人的操作命令输入。
　　翻译器是外部操作命令与机器人执行指令之间的桥梁，翻译器根据建筑工程施工企业的技术规范以及机器人本身的能力，自动将施工操作输入系统的操作命令翻译成机器人指令。
　　机器人信息前置处理器用于将翻译器产生的机器人指令以数控机器人语言的形式转换成机器人数控程序，直接供机器人控制器执行。
　　机器人控制器利用前置处理器生成的数控程序，控制机器人执行机构产生符合人们要求的施工操作。
　　目前，建筑施工机器人在很多领域代替工人进行繁重、单调、危险和污染大的施工操作，这主要体现在以下若干方面：挖掘机器人、搬运机器人、打桩机器人、地下连续墙机器人、地基处理机器人、混泥土机器人、钢筋机器人、焊接机器人、装饰机器人、安装机器人、质量检查机器人等。
　　2建筑机械自动化的关键技术
　　机器的自动化进程将会继续进行下去，自动化变速箱和静液传动的应用提高了机器的利用系数，也意味着生产率的提高和司机劳动条件的改善。用于诊断机器故障、检验机器主要部件使用功能的系统将会得到广泛应用。目前常用的柴油机将会向燃气轮机过渡，因为它具有建筑机械所需要的特点如尺寸小，重量轻，工作可靠，对燃料质量的要求不高，燃气轮机的唯一缺点是油耗大，但由于它对燃料质量要求不高，因此其燃料成本要比柴油低得多。目前对以石油为基础的燃料需求十分紧张，这说明将来会使用多种形式的燃料，这样将会大大提高燃料的成本。因此目前在进行发动机选型时，燃料类别和耗油量仍然是其中一项重要指标，也有一种意见认为燃气轮机有这样一个缺点，即它在低速时的扭矩变化特性不理想，这个问题可以用双轴涡轮机的方法来解决，还可以配用液力传动和电控。
　　随着科学技术的飞速发展，日前，虽然建筑机械自动化技术在某些方面取得了巨大进步，但由于建筑机械自动化开发和应用的难度比较大，特别是推广工作比较困难。主要体现在：

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