現代工程機械的八大技術進步(2)

4、外觀造型創新：工業設計與環境協調
　　現代科學技術的高速發展，推動著社會的進步，給人類帶來了高度的物質文明與精神文明。工業設計即是工業產品的造型設計，也稱其為產品的藝術造型。機械產品的藝術造型應能體現其功能的合理性及外在質量的統一性，還應體現出產品的技術先進性和符合時代感的審美要求。
　　對于工程機械，有人說“貨賣一張皮”那是言過其實，但不重視造型設計肯定是不可取的。工程機械的造型設計可以使機器的形態與其結構、功能及使用要求相統一，并與人的生理及心理相協調。這種造型設計 應包括各部的比例得當，形體流暢、色彩協調、儀表布置美觀以及便于直觀操作和有醒目的商標符號。現在世界各大公司都非常重視產品的工業設計 ，并且出現了專門的研究和設計機構。
　　居世界領先地位的壓實機左制造商——寶馬公司，其第三化壓實機械的機器造型由工業設計專家Louis.L.lepoix設計，產生了良好的綜合效果。該系列拆裝更換濾清器、傳動件、軟管及日常保養都是很方便。采用圓弧形的現代駕駛室和在傾角的發動機罩視野開闊、線條流暢，具有時代氣息。駕駛方向盤的高度與傾角可調，選用舒適的高靠背可調減振座椅，給駕駛員準備了良好的操作環境。儀器儀表盤設計合理，易于觀察和控制，發動機罩的傾斜給駕駛員提供了良好的視角。液壓轉向器轉移到了駕駛室外，以減少駕駛室內的發熱與噪聲。圓弧形的擋風玻璃和駕駛室的四個外支承可隔離噪聲與振動，使室內的噪聲低于70dB(A)。
　　其它的許多工程機械也都是不同程度地注重了工業設計，例如零部件布置盡量下移，以降低整機重心；適當地擴大支承面積，以增加機器的穩定度；左右布置盡量對稱，以符合人的美感；去掉一些外觀造型的尖角、棱邊，以顯示線條的流暢等。工程機械的油漆更是其工業 設計的重要內容，整機的色調應能引人注意，增加作業環境的安全，并與野外施工現場的綠樹田野相映襯、協調，使用套色的水平腰線和增加下車的色彩濃度可以增加機器的視覺穩定性等。
5、設計方法創新：電腦應用與模塊設計
　　現代設計方法在工程機械上的應用近20年來獲得了突飛猛進的發展，并開發成功了大量新機備種。這些機種包括路面施工與養護機械、地下施工機械、環境保護機械、高空作業機械及土壤改良機械等。。
　　現代設計方法與傳統設計方法最大的不同是普及應用了電子計算機。以往一種新型需要多次反復試制、試驗和修改才能定型，一般需要幾年的時間 。在計算機上，新產品設計可采用三維數字化建模，利用專業CAD軟件進行基礎零部件優化選擇與分析計算，直到生成工程圖和進行三維虛擬裝配及模擬試驗。
　　現代設計方法包括的面很廣，如相似設計、模塊化設計 、動態分析、優化設計及人機工程與工業造型的應用等，體現在機器形體上最明顯的是模塊化設計。
　　模塊化設計包括了以往所說的部件化，通用化及設計過程中的軟件模塊化。部件化是將機器的每個部件都設計成結構完善的獨立單元，簡化相鄰部件之間的連接，以便于安裝與調整，便于存放與運輸，便于維修與保養，而且也便于社會化生產。通用化是選用相應的部件單元做不同的連接拼裝可組成不同技術性能的機器，這樣可以增加部件的生產批量，從而降低整機的制造成本。設計軟件的模塊化大大加快了新產品的設計開發進度 。
　　對一般的行走式工程機械，其發動機、液壓件、傳動件、回轉機構及電腦控制板等都是相對獨立的設計或選用。機器的工用裝置可以設計成典型結構，機器的傳動系統、液壓系統、電氣系統等可以分解成不同的設計單元，例如傳動系統分解成變速器、聯軸器、離合器、制動器、驅動橋、行走裝置等，液壓系統分解成閉式傳動、開式傳動、多路閥系統等。對于典型工作機構及系統單元也可以按整機的技術性能做不同的組合，或者按機器規格的大小用相似設計。
　　對于固定式安裝大型工程機組，如石料破碎與篩分聯合設備，各種混合料攪拌設備及盾構設備等。其機構結構復雜，遷移運輸困難，涉及的知識領域廣泛，模塊化設計就更顯必要。
6、制造過程創新：虛擬制造與并行工程
　　現代化的信息技術與全球經濟一體化，為機器制造業的虛擬化制造創立了條件。在工程機械的各大跨國公司中，一個明顯的趨勢是制造商集中力量做好開發研究和設備組裝，公司不再制造零部件，而把難題推給零部件供應商去做。產品主機制造商與零部件供應商及科研開發機構相互協作，發揮各方的主創精神，共同研制和生產適銷對路的產品，大家共生共榮。現在沒有哪一家工程機械制造高能單獨依靠自身力量完成一種主機產品的生部生產過程，而是各方分工合用，這就像一個“虛擬化”的大企業，虛擬企業是一個沒有圍墻、超越空間、依靠網絡聯和統一指揮的臨時合作經濟實體。
　　虛擬化制造要以模塊化設計為基礎，并且是一種設計與制造過程中的并行工程。主機制造商在開發的初期做好市場論證和總體結構方案，將各個配套件分解給供應高，由其根據總體方案的要求自行設計與生產制造。在整個開發過程中，要由主機制造商進行協調，協調的內容包括技術要求，成本控制、相互銜接用生產進度等，這樣可以大大加快新產品的開發進度，對市場需求做出更靈敏的響應。
　　并行工程的目標是通過新產品開發各階段的工作同時并行，以加速開發過程。產品開發過程包括4個階段：①設計——形成總體裝配和零部件圖；②造型—制作非功能性模型；③試制—制造與試驗樣機的功能性模型；④生產—批量試制并驗證工藝裝備。在并行工程中，這些工作要有機地安排成齊頭并進，從而大大縮短了新產品的開發進程。
　　采用虛擬制造與并行工程的必要條件是計算機的普及應用。在計算機上利用CAD-CAE軟件網絡，不僅可以根據設計者的構思自動生成工程圖形和實體模型，而且可以進行結構件強度分析和機構運動學分析，以及整機和零部件的參數優化和動態仿真試驗等。設計的工程圖形（零部件）通過數據庫直接傳輸給工藝部門，就可以編制工藝路線和設計工裝刀具，也可以通過CAM直接生成數控加工程序軟件，很快就可在數控機床或加工中心上試制出樣品。
　　普及應用虛擬制造與并行工程的企業，一種系列工程機械產品的開發周期可以縮短到了3個月以內，大大加強了其市場競爭實力。
7、控制方法創新：電子控制與信息集成
　　機器的大規模信息集成，誕生了機電信一體化。現代電子技術催生了工程機械的機電信一體化。電子技術包括計算機技術，集成電路技術、數字電路技術及電子通訊技術。電子技術和傳感器與機械裝置經結合，實現了工程機械的自動監測和自動控制，即機—電—信一體化。電子傳感器是機電信一體的感覺器官，是機器與其作業對象之間的媒介。以微機為核心的電子技術是機電信一體化的大腦和中樞神經，它接受傳感器送入的各種信息，在進行運算處理之后對機器的執行部分發出指令。
　　機電信一體化在工程機械上的推廣應用，主要是為了節約能源、簡化操縱程序，提高生產效率、作業質量和機器的工作可靠性，以用滿足日益嚴格的環保要求，最早是德國的Bosch公司，美國的GM公司、Ford公司和日本的電裝公司等先后推出了各種電子控制燃油噴射及電子點火系統，隨后在工程機械的其它系統中也采用了機電一體化技術。20世紀90年代以來，美國、德國和日本等工業發達國家推出的工程機械新產品，有70%以上都程度不同地配置了電子控制系統，例如發動機的最佳功率輸出自動控制、工程起重機的快速循環伸縮自動控制、路面銑刨機轉子工作與驅動行走的動力分配自動控制、振動壓路機的自動變幅控制、攤鋪機的輸分料自動控制與慰平板自動找平控制，還有機器故障報警電子控制與輔助操縱電子控制等等。
　　發動機的電子控制是通過機器負荷傳感器與集成化電子系統自動控制其功率輸出及實現與液壓系統的最佳匹配，從而茯得最高的生產效率和最低的燃油消耗。此種系統應用在裝載機上，可以使燃油消耗量降低20%，發動機的非工作磨損及技術保養工作量減少，并且能夠凈化廢氣排放。故障報警電子 控制能使機器在出現故障或超載時立即發出警示，有的還可以在屏幕上顯示故障的部位，并提出故障的排除方法。輔助操縱電子控制可以彌補司機的不熟練操作，如機器行走的平穩起步與平穩停車，振動壓路機的自動起振、自動停振與自動灑水以及限定機器工作裝置的最大負荷，最大回轉角度與最大延伸距離等。
　　8、人工智能創新：靈性機器與機器人化
　　工程機械在工程建設領域代替了人的體力勞動，擴展了人的手腳功能，但傳統機械還未能解決好人的體力和生理負擔問題，更不要說解脫人的精神和心理負擔了。現代化工程機械應該是賦予了其靈性，有靈性的工程機械是有思維頭腦（微電腦）、感覺器官（傳感器）、神經網絡（電子傳輸）、五臟六腑（動力與傳動）及手足骨骼（工作機構與行走裝置）的機電信一體化系統。
　　機電信一體化并非機電與信息技術的簡單結合，它所構成的系統必須具備5項功能：①具有檢測和識別工作對象與工作條件的功能；②具有根據工作目標自行作出決策的功能；③具有響應決策、執行支動作的功能；④具有自動監測工作過程與自我修正的功能；⑤具有自z身安全保護和故障排除功能。這也就是工程機械智能化的一些具體目標。
　　在工程機械的智能化過程中，自始至終充滿著自學習技術和自適應技術的運用。現在機電信一體化技術實現了對發動機、液壓系統和電氣系統的全面控制，機器正在被賦予各種感覺與智慧。在工藝過程與工作狀態實時監測的基礎上，工程機械將從局部自動化過渡到全面自動化，并且向著遠距離操縱和無人駕駛的趨勢發展。隨著人工智能的介入，工程機械將加快快其現代進程，使逐步過渡到完全智慧化的作業機器人目標。到那時，一些新的機器人化作業程序就會應運而生。