現(xiàn)代工程機(jī)械的八大技術(shù)進(jìn)步(2)

4、外觀造型創(chuàng)新：工業(yè)設(shè)計(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)
　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步，給人類(lèi)帶來(lái)了高度的物質(zhì)文明與精神文明。工業(yè)設(shè)計(jì)即是工業(yè)產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)，也稱(chēng)其為產(chǎn)品的藝術(shù)造型。機(jī)械產(chǎn)品的藝術(shù)造型應(yīng)能體現(xiàn)其功能的合理性及外在質(zhì)量的統(tǒng)一性，還應(yīng)體現(xiàn)出產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和符合時(shí)代感的審美要求。
　　對(duì)于工程機(jī)械，有人說(shuō)“貨賣(mài)一張皮”那是言過(guò)其實(shí)，但不重視造型設(shè)計(jì)肯定是不可取的。工程機(jī)械的造型設(shè)計(jì)可以使機(jī)器的形態(tài)與其結(jié)構(gòu)、功能及使用要求相統(tǒng)一，并與人的生理及心理相協(xié)調(diào)。這種造型設(shè)計(jì) 應(yīng)包括各部的比例得當(dāng)，形體流暢、色彩協(xié)調(diào)、儀表布置美觀以及便于直觀操作和有醒目的商標(biāo)符號(hào)。現(xiàn)在世界各大公司都非常重視產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計(jì) ，并且出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)的研究和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。
　　居世界領(lǐng)先地位的壓實(shí)機(jī)左制造商——寶馬公司，其第三化壓實(shí)機(jī)械的機(jī)器造型由工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)家Louis.L.lepoix設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了良好的綜合效果。該系列拆裝更換濾清器、傳動(dòng)件、軟管及日常保養(yǎng)都是很方便。采用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和在傾角的發(fā)動(dòng)機(jī)罩視野開(kāi)闊、線條流暢，具有時(shí)代氣息。駕駛方向盤(pán)的高度與傾角可調(diào)，選用舒適的高靠背可調(diào)減振座椅，給駕駛員準(zhǔn)備了良好的操作環(huán)境。儀器儀表盤(pán)設(shè)計(jì)合理，易于觀察和控制，發(fā)動(dòng)機(jī)罩的傾斜給駕駛員提供了良好的視角。液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)移到了駕駛室外，以減少駕駛室內(nèi)的發(fā)熱與噪聲。圓弧形的擋風(fēng)玻璃和駕駛室的四個(gè)外支承可隔離噪聲與振動(dòng)，使室內(nèi)的噪聲低于70dB(A)。
　　其它的許多工程機(jī)械也都是不同程度地注重了工業(yè)設(shè)計(jì)，例如零部件布置盡量下移，以降低整機(jī)重心；適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大支承面積，以增加機(jī)器的穩(wěn)定度；左右布置盡量對(duì)稱(chēng)，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(jī)械的油漆更是其工業(yè) 設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，整機(jī)的色調(diào)應(yīng)能引人注意，增加作業(yè)環(huán)境的安全，并與野外施工現(xiàn)場(chǎng)的綠樹(shù)田野相映襯、協(xié)調(diào)，使用套色的水平腰線和增加下車(chē)的色彩濃度可以增加機(jī)器的視覺(jué)穩(wěn)定性等。
5、設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新：電腦應(yīng)用與模塊設(shè)計(jì)
　　現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在工程機(jī)械上的應(yīng)用近20年來(lái)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并開(kāi)發(fā)成功了大量新機(jī)備種。這些機(jī)種包括路面施工與養(yǎng)護(hù)機(jī)械、地下施工機(jī)械、環(huán)境保護(hù)機(jī)械、高空作業(yè)機(jī)械及土壤改良機(jī)械等。。
　　現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法最大的不同是普及應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)。以往一種新型需要多次反復(fù)試制、試驗(yàn)和修改才能定型，一般需要幾年的時(shí)間 。在計(jì)算機(jī)上，新產(chǎn)品設(shè)計(jì)可采用三維數(shù)字化建模，利用專(zhuān)業(yè)CAD軟件進(jìn)行基礎(chǔ)零部件優(yōu)化選擇與分析計(jì)算，直到生成工程圖和進(jìn)行三維虛擬裝配及模擬試驗(yàn)。
　　現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法包括的面很廣，如相似設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì) 、動(dòng)態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及人機(jī)工程與工業(yè)造型的應(yīng)用等，體現(xiàn)在機(jī)器形體上最明顯的是模塊化設(shè)計(jì)。
　　模塊化設(shè)計(jì)包括了以往所說(shuō)的部件化，通用化及設(shè)計(jì)過(guò)程中的軟件模塊化。部件化是將機(jī)器的每個(gè)部件都設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)完善的獨(dú)立單元，簡(jiǎn)化相鄰部件之間的連接，以便于安裝與調(diào)整，便于存放與運(yùn)輸，便于維修與保養(yǎng)，而且也便于社會(huì)化生產(chǎn)。通用化是選用相應(yīng)的部件單元做不同的連接拼裝可組成不同技術(shù)性能的機(jī)器，這樣可以增加部件的生產(chǎn)批量，從而降低整機(jī)的制造成本。設(shè)計(jì)軟件的模塊化大大加快了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)度 。
　　對(duì)一般的行走式工程機(jī)械，其發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件、傳動(dòng)件、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及電腦控制板等都是相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)或選用。機(jī)器的工用裝置可以設(shè)計(jì)成典型結(jié)構(gòu)，機(jī)器的傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等可以分解成不同的設(shè)計(jì)單元，例如傳動(dòng)系統(tǒng)分解成變速器、聯(lián)軸器、離合器、制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋、行走裝置等，液壓系統(tǒng)分解成閉式傳動(dòng)、開(kāi)式傳動(dòng)、多路閥系統(tǒng)等。對(duì)于典型工作機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)單元也可以按整機(jī)的技術(shù)性能做不同的組合，或者按機(jī)器規(guī)格的大小用相似設(shè)計(jì)。
　　對(duì)于固定式安裝大型工程機(jī)組，如石料破碎與篩分聯(lián)合設(shè)備，各種混合料攪拌設(shè)備及盾構(gòu)設(shè)備等。其機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，遷移運(yùn)輸困難，涉及的知識(shí)領(lǐng)域廣泛，模塊化設(shè)計(jì)就更顯必要。
6、制造過(guò)程創(chuàng)新：虛擬制造與并行工程
　　現(xiàn)代化的信息技術(shù)與全球經(jīng)濟(jì)一體化，為機(jī)器制造業(yè)的虛擬化制造創(chuàng)立了條件。在工程機(jī)械的各大跨國(guó)公司中，一個(gè)明顯的趨勢(shì)是制造商集中力量做好開(kāi)發(fā)研究和設(shè)備組裝，公司不再制造零部件，而把難題推給零部件供應(yīng)商去做。產(chǎn)品主機(jī)制造商與零部件供應(yīng)商及科研開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)相互協(xié)作，發(fā)揮各方的主創(chuàng)精神，共同研制和生產(chǎn)適銷(xiāo)對(duì)路的產(chǎn)品，大家共生共榮。現(xiàn)在沒(méi)有哪一家工程機(jī)械制造高能單獨(dú)依靠自身力量完成一種主機(jī)產(chǎn)品的生部生產(chǎn)過(guò)程，而是各方分工合用，這就像一個(gè)“虛擬化”的大企業(yè)，虛擬企業(yè)是一個(gè)沒(méi)有圍墻、超越空間、依靠網(wǎng)絡(luò)聯(lián)和統(tǒng)一指揮的臨時(shí)合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。
　　虛擬化制造要以模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，并且是一種設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的并行工程。主機(jī)制造商在開(kāi)發(fā)的初期做好市場(chǎng)論證和總體結(jié)構(gòu)方案，將各個(gè)配套件分解給供應(yīng)高，由其根據(jù)總體方案的要求自行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要由主機(jī)制造商進(jìn)行協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)的內(nèi)容包括技術(shù)要求，成本控制、相互銜接用生產(chǎn)進(jìn)度等，這樣可以大大加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，對(duì)市場(chǎng)需求做出更靈敏的響應(yīng)。
　　并行工程的目標(biāo)是通過(guò)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)各階段的工作同時(shí)并行，以加速開(kāi)發(fā)過(guò)程。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程包括4個(gè)階段：①設(shè)計(jì)——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(yàn)樣機(jī)的功能性模型；④生產(chǎn)—批量試制并驗(yàn)證工藝裝備。在并行工程中，這些工作要有機(jī)地安排成齊頭并進(jìn)，從而大大縮短了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
　　采用虛擬制造與并行工程的必要條件是計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)上利用CAD-CAE軟件網(wǎng)絡(luò)，不僅可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思自動(dòng)生成工程圖形和實(shí)體模型，而且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以及整機(jī)和零部件的參數(shù)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)等。設(shè)計(jì)的工程圖形（零部件）通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)直接傳輸給工藝部門(mén)，就可以編制工藝路線和設(shè)計(jì)工裝刀具，也可以通過(guò)CAM直接生成數(shù)控加工程序軟件，很快就可在數(shù)控機(jī)床或加工中心上試制出樣品。
　　普及應(yīng)用虛擬制造與并行工程的企業(yè)，一種系列工程機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期可以縮短到了3個(gè)月以內(nèi)，大大加強(qiáng)了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
7、控制方法創(chuàng)新：電子控制與信息集成
　　機(jī)器的大規(guī)模信息集成，誕生了機(jī)電信一體化。現(xiàn)代電子技術(shù)催生了工程機(jī)械的機(jī)電信一體化。電子技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)，集成電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)及電子通訊技術(shù)。電子技術(shù)和傳感器與機(jī)械裝置經(jīng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工程機(jī)械的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，即機(jī)—電—信一體化。電子傳感器是機(jī)電信一體的感覺(jué)器官，是機(jī)器與其作業(yè)對(duì)象之間的媒介。以微機(jī)為核心的電子技術(shù)是機(jī)電信一體化的大腦和中樞神經(jīng)，它接受傳感器送入的各種信息，在進(jìn)行運(yùn)算處理之后對(duì)機(jī)器的執(zhí)行部分發(fā)出指令。
　　機(jī)電信一體化在工程機(jī)械上的推廣應(yīng)用，主要是為了節(jié)約能源、簡(jiǎn)化操縱程序，提高生產(chǎn)效率、作業(yè)質(zhì)量和機(jī)器的工作可靠性，以用滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，最早是德國(guó)的Bosch公司，美國(guó)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(diǎn)火系統(tǒng)，隨后在工程機(jī)械的其它系統(tǒng)中也采用了機(jī)電一體化技術(shù)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家推出的工程機(jī)械新產(chǎn)品，有70%以上都程度不同地配置了電子控制系統(tǒng)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳功率輸出自動(dòng)控制、工程起重機(jī)的快速循環(huán)伸縮自動(dòng)控制、路面銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子工作與驅(qū)動(dòng)行走的動(dòng)力分配自動(dòng)控制、振動(dòng)壓路機(jī)的自動(dòng)變幅控制、攤鋪機(jī)的輸分料自動(dòng)控制與慰平板自動(dòng)找平控制，還有機(jī)器故障報(bào)警電子控制與輔助操縱電子控制等等。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制是通過(guò)機(jī)器負(fù)荷傳感器與集成化電子系統(tǒng)自動(dòng)控制其功率輸出及實(shí)現(xiàn)與液壓系統(tǒng)的最佳匹配，從而茯得最高的生產(chǎn)效率和最低的燃油消耗。此種系統(tǒng)應(yīng)用在裝載機(jī)上，可以使燃油消耗量降低20%，發(fā)動(dòng)機(jī)的非工作磨損及技術(shù)保養(yǎng)工作量減少，并且能夠凈化廢氣排放。故障報(bào)警電子 控制能使機(jī)器在出現(xiàn)故障或超載時(shí)立即發(fā)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(bǔ)司機(jī)的不熟練操作，如機(jī)器行走的平穩(wěn)起步與平穩(wěn)停車(chē)，振動(dòng)壓路機(jī)的自動(dòng)起振、自動(dòng)停振與自動(dòng)灑水以及限定機(jī)器工作裝置的最大負(fù)荷，最大回轉(zhuǎn)角度與最大延伸距離等。
　　8、人工智能創(chuàng)新：靈性機(jī)器與機(jī)器人化
　　工程機(jī)械在工程建設(shè)領(lǐng)域代替了人的體力勞動(dòng)，擴(kuò)展了人的手腳功能，但傳統(tǒng)機(jī)械還未能解決好人的體力和生理負(fù)擔(dān)問(wèn)題，更不要說(shuō)解脫人的精神和心理負(fù)擔(dān)了。現(xiàn)代化工程機(jī)械應(yīng)該是賦予了其靈性，有靈性的工程機(jī)械是有思維頭腦（微電腦）、感覺(jué)器官（傳感器）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（電子傳輸）、五臟六腑（動(dòng)力與傳動(dòng)）及手足骨骼（工作機(jī)構(gòu)與行走裝置）的機(jī)電信一體化系統(tǒng)。
　　機(jī)電信一體化并非機(jī)電與信息技術(shù)的簡(jiǎn)單結(jié)合，它所構(gòu)成的系統(tǒng)必須具備5項(xiàng)功能：①具有檢測(cè)和識(shí)別工作對(duì)象與工作條件的功能；②具有根據(jù)工作目標(biāo)自行作出決策的功能；③具有響應(yīng)決策、執(zhí)行支動(dòng)作的功能；④具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作過(guò)程與自我修正的功能；⑤具有自z身安全保護(hù)和故障排除功能。這也就是工程機(jī)械智能化的一些具體目標(biāo)。
　　在工程機(jī)械的智能化過(guò)程中，自始至終充滿著自學(xué)習(xí)技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)的運(yùn)用。現(xiàn)在機(jī)電信一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，機(jī)器正在被賦予各種感覺(jué)與智慧。在工藝過(guò)程與工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，工程機(jī)械將從局部自動(dòng)化過(guò)渡到全面自動(dòng)化，并且向著遠(yuǎn)距離操縱和無(wú)人駕駛的趨勢(shì)發(fā)展。隨著人工智能的介入，工程機(jī)械將加快快其現(xiàn)代進(jìn)程，使逐步過(guò)渡到完全智慧化的作業(yè)機(jī)器人目標(biāo)。到那時(shí)，一些新的機(jī)器人化作業(yè)程序就會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。