[摘要]研究分析了机群智能化工程机械技术。指出国内可首先研究由混凝土拌和站、自卸车、摊铺机、压路 机和装载机等智能化工程机械组成的道路施工机群。就机群智能化工程机械技术体系应包括的机群的优化与调 度、机群智能化中单机的共性关键技术、施工机群中的单机关键技术3个方面,分别提出了结构框架。
关键词:机械设计；工程机械；机群智能化
引言
可扩展、高性能机群系统己成为高性能计算机的主流体系结构，2003年公布的第22 届全球排名前10名的高性能计算机中，机群系统占了7台[Top03],基于机群体系结构的 并行处理系统在高性能计算和事务处理中的应用越来越广泛。I/O系统成为制约计算机系统包括机群系统性能提高的瓶颈，近年来，研究人员通过优化存储设备、开发新型存储体 系统结构和各种结构的文件系统，试图解决或缓解I/O瓶颈问题。机群文件系统作为缓解机 群系统I/O瓶颈问题的手段，许多研究机构对其进行了研究，开发了各种机群文件系统， 而机群文件系统的现状不能令人满意,在2003年的IEEE Intemational Conference on Cluster Computer上，与会者关注的一个挑战问题就是为什么还没有一个好的机群文件系统在 本章中，作者首先简单地介绍了机群及机群文件系统，分析了应用对机群文件系统的需求， 简要地论述了影响机群文件系统设计的技术的发展。另外，作者介绍了本论文的课题背景 和意义，同时对论文的工作进行了总结。
一、机群智能化概述
所谓的机群智能化主要指的是工程机械为了完成某一具体工程的施 工,以实现最佳资源配置、最优工作效率和最好工作质量为目的的智能化I 程机械组合,其工作是以同步施工为主，通过对各种智能化机械的状态、位 置和可靠性进行研究的环节。
1.机群定义
所谓的机群主要指的是为了完成某一特定工程项日,采用不同的机种、 机械类型、机械数量的设备构成的一个机械化群体。在工程项目中,涉及到 机群的每一个单元设备都被称之为单机。在工作中针对不同的施工需要、施 工数量和施工需求，所选择的机群也不尽相同。
2.分类 机群智能化
按照其操作系统一般可以分为遥操作工程机械、可编程工 程机械以及智能化工程机械三种。
2.1遥操作工程机械
主要指的是那些经常处于高危、工作环境复杂的 机械，在这些机械由于受到环境因素的影响其中存在着极大的风险,为此采 用远程操控进行作业对于提高工程安全有着重要意义。
2.2可编程工程机械
主要指的是通过改变工程机械控制程序来完成不 同任务的工程机械，是一种适用于结构环境复杂、施工对象多变的工程机 械。
2.3智能化工程机械
主要指的是在工程施工中无需要工作人员直接参 与工作，通过安装各种复杂传感器以及微型处理器来获取信息，从而制定出 相关应对策略的一种自动化施工机械，这种施工机械是一种自我感知，自我 辨别、自我决策和自我控制的工作。
二、机群智能化技术现状
机群智能化工程机械是我国近几年来才提出的一个概念，其在国外也 不多见。
这一结构体系的出现是与计算机技术、网络技术的基础上形成的， 是随着工程机械单机智能化技术的成熟而发展的一个系统模式。由于工程 机械在过去都被人们普遍的认为是特种机器人，它通常工作在非结构环境 下且工作环境复杂、危险性大的区域，这就造成了其智能化程度控制的困 难。经过多年的研究分析,截至日前,世界上只有美国、加拿大、英国、德国等 发达国家有这种机群智能化技术,这对于提高工程施工速度、施工效率和施 工安全有着重要意义。 我国智能化工程机械技术的研究工作始于20世纪90年代初，1991年开 展工程机械机器人化技术的研究工作，先后进行了挖掘机机器人化和推上 机机器人化的技术开发。其后,在863智能机器人主题的支持下,清华大学智 能技术国家重点实验室等一些科研单位与徐工集团合作开展了工程机械机 器人关键技术和产品化的多项研究,已取得了初步进展。
三、机群智能化技术关键技术以及发展趋势结合
我国行业特点，建议选择工业基础较好、市场占有率较商、具有行 业带动作用的道路施工工程机械(包括装载机、混凝土拌和站、自卸车、摊铺 机、压路机和汽车起重机等),开展在线机群智能化同步施工工程机械的研 究、开发和示范。该技术沙及多种大型智能施工设备研制、机群工作特性研 究,并与施工单位密切合作,积极开展机群化施工工艺研究，探索信息化 环境下新的施工理念和施工方法。
1.机群的优化与调度 机群系统
主要由单机动态监控系统与机群中心控制系统组成。机群中 心控制系统包括资源配置、动态调度、故障诊断与咨询、机群数据库等机群 系统管理模块,机群环境地图和工程数据，机群资源数据及工作参数、网络 及输入输出接口等人机交互模块。该技术可根据施工工艺及工序，正确确定 机群组成，保证机群功能完整性和工序连续性;确定机群各单机性能指标；确 定机群各机种的优化配置方案,保证路而施工的最高效率;确定机群各机种 数量的合理匹配关系，以保证路面质量、作业效率和施工成本的最佳组合, 获得最高的综合经济效益。
2.机群智能化中单机的共性关键技术
共性关键技术主要是机群网络与接口、GPS卫星定位系统、单机动态监 控系统、智能故障诊断技术、工程机械工作装置及其作业质量控制技术等机 群对各智能化单机的共性要求提出故障的对策,进而建立整个作业工程机 械机群的远程集中式的实时故障检测和状态监控系统，为优化调度作业、最 大限度地提高施工的安全性和施工效率，最终实现机群联合作业的自动化、 无人化奠定基础。工程机械工作装置及其作业质量控制技术主要研究机群 单机作业质量的相关因素、机群单机作业质量与施工要求适应性、工作装置 与作业对象的相互作用过程及机理、作业质量评价体系及其检测与控制等。
3.施工机群中的单机关键技术
机群技术中的装载机、沥青混凝土搅拌站、自卸车、沥青混凝土摊铺机、 压路机、汽车起重机等单机,应当是具备了更高智能化层次的机器人化工程 机械。除了拥有上述共性关键技术外，还应根据各自机种特点建立良好的工 作性能基础，才能保证机群的工作可靠性和协调性。如智能化摊铺机应能自 动行驶、转向和找平，具备3D定位技术;智能化压路机能够实现振动频率、振 幅优化和控制，压实度在线检测;智能化装载机、自卸车、汽车起重机应能自 动换挡,实现作业集成控制等。
四、结论
机群技术是一种全新的工程机械设计理念和建筑施工理念，可以大大 提高作业质量和效率,降低作业成本，是现代工程机械制造和现代化施工技 术的发展方向。根据国内工程机械行业现状及市场需求,可首先研究由混凝 土拌和站、自卸车、摊铺机、压路机和装载机等智能化工程机械组成的道路 施工机。
参考文献
[1]金轲,朱耿寅.工程机械机群一体化施工关键技术研究[J].建筑机械化,2020,41(04):13-15.
[2]冯忠绪.机群智能化工程机械[J].工程机械,2003(10):1-2+1