岳文翀 張 培 趙麗媛

北京起重運輸機械設(shè)計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

近年來我國智能制造業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)良好態(tài)勢，其中，起重機械作為工業(yè)設(shè)施中在特定場合應(yīng)用的物料搬運設(shè)備，其智能化轉(zhuǎn)型和發(fā)展的需求愈發(fā)迫切。當前，起重機械智能化尚處于起步階段，一方面需要加大技術(shù)創(chuàng)新力度，加快智能化發(fā)展水平；另一方面，應(yīng)持續(xù)加強起重機械使用安全，減少安全事故發(fā)生，保證操作人員安全，滿足起重機械行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

本文針對起重機械智能化的發(fā)展趨勢和發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，提出了起重機械智能化發(fā)展的標準需求，主要包括基礎(chǔ)共性標準、關(guān)鍵技術(shù)標準2大類，以此指導(dǎo)和約束起重機械智能化的健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

起重機械發(fā)展至今，早已成為工業(yè)生產(chǎn)中重要的搬運設(shè)備。隨著人口紅利降低，自動化工廠、智慧工廠的快速發(fā)展，客戶對起重機的性能要求越來越高，起重機械面臨著向自動化、智能化高端設(shè)備的快速轉(zhuǎn)變。

以科尼、利勃海爾、馬尼托瓦克和神鋼等公司為代表的國外大型起重機械廠商，在智能化方面較為突出，市場占有率較高?？颇峁疽詷蚴狡鹬貦C為主的智能起重機，自動化水平較高，占據(jù)著部分高端市場。利勃海爾公司的產(chǎn)品系列較全，技術(shù)先進，其生產(chǎn)的履帶式起重機最大起重量已達到1 200 t。馬尼托瓦克公司主打31000型履帶式起重機，與使用普通的吊運能力增強附件相比，可大量減少所需的地面準備工作。神鋼公司開發(fā)的起重機系列化程度高、性價比高，推廣力度較強。

當前國內(nèi)起重機械智能化在各行各業(yè)發(fā)展如火如荼。以岸邊集裝箱起重機和集裝箱門式起重機為代表的港口起重機，實現(xiàn)了傳統(tǒng)碼頭向自動化碼頭和“無人港口”的轉(zhuǎn)變。智能橋式起重機在鋼鐵、運輸、水泥、垃圾焚燒、造酒等行業(yè)，配合多種智能化吊具廣泛應(yīng)用。

總體來說，國內(nèi)外起重機械大型化、人性化設(shè)計以及智能化發(fā)展的趨勢非常明顯。智能化發(fā)展趨勢體現(xiàn)在：1）網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用，提高監(jiān)控水平，保障安全措施，提升智能系統(tǒng)控制的創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)；2）將機械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。

目前，起重機械行業(yè)自動化較多仍以人工干預(yù)關(guān)鍵工藝節(jié)點為主要操作方式，完全脫離人工，實現(xiàn)完全自動化運行的起重機械占比較少。因此，在完全自動化的基礎(chǔ)上向智能化方向發(fā)展，還有比較長的一段路要走。

作為特種設(shè)備，起重機械智能化不僅僅是技術(shù)上的突破，還有標準和監(jiān)管方面的完善。目前，國內(nèi)外起重機械智能化的開發(fā)和應(yīng)用還處于發(fā)展階段，都沒有相關(guān)標準可參考，不利于行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。因此，在研究起重機械智能化的同時，也需要制定相關(guān)標準，約束關(guān)鍵技術(shù)條件，保障人員和設(shè)備安全，引領(lǐng)行業(yè)健康發(fā)展。

2 起重機械智能化功能分析

從傳統(tǒng)手動起重機、自動化起重機、到智能化起重機的發(fā)展歷程中，是技術(shù)的一代代更新與變革。

起重機械智能化依托自動化、信息化技術(shù)實現(xiàn)，代替或輔助人工勞動。即通過將感知與控制系統(tǒng)同起重機集成，使其具有定位與路徑規(guī)劃、環(huán)境感知、任務(wù)選擇與執(zhí)行控制功能，實現(xiàn)人、機、物的交互、融合。其核心功能主要有感知功能、決策功能和執(zhí)行功能。感知包括環(huán)境感知、空間感知、搬運目標對象感知。決策是其最核心的功能，是其具有人的思考力、判斷力的體現(xiàn)，其通過從本機數(shù)據(jù)管控系統(tǒng)獲取信息或通過DCS、ERP、MES、MIS、SAP接收上級管理系統(tǒng)的指令，做出綜合判斷，最終由執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行。執(zhí)行機構(gòu)主要由驅(qū)動裝置組成，要求安全、可靠、高效、精準。智能化的基礎(chǔ)功能主要包括信息管理、安全防護等。起重機械智能化功能層框圖如圖1所示。

圖1 起重機械智能化功能層框圖

3 起重機械智能化相關(guān)標準現(xiàn)狀及需求分析

起重機械智能化近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用日趨廣泛，但相關(guān)標準研制滯后，目前行業(yè)內(nèi)現(xiàn)行標準中，起重機械智能化從設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試到驗收等各個環(huán)節(jié)，嚴重缺失，導(dǎo)致技術(shù)要求難以統(tǒng)一，影響了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。標準是產(chǎn)業(yè)發(fā)展和質(zhì)量保障、技術(shù)發(fā)展的核心要素，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有基礎(chǔ)性和引導(dǎo)性作用。因此，應(yīng)充分調(diào)動起重機械智能化產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的各方力量，體系化開展國家和行業(yè)標準的制定，重點開展產(chǎn)業(yè)亟需標準研制，推動標準試驗驗證平臺的建設(shè)和完善，為標準的制定提供技術(shù)支撐和保障。

總體來說，起重機械智能化標準由基礎(chǔ)共性和關(guān)鍵技術(shù)2個層次的標準構(gòu)成。基礎(chǔ)共性標準主要包括通用、安全、可靠性、檢測、維護、評價等部分，主要用于統(tǒng)一相關(guān)概念，解決基礎(chǔ)共性問題。關(guān)鍵技術(shù)標準主要包括物品識別、信息管控、空間感知、控制系統(tǒng)、安全防護等部分，主要規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)指標，促進行業(yè)健康發(fā)展。

3.1 制定起重機械智能化相關(guān)的基礎(chǔ)共性標準

制定起重機械智能化基礎(chǔ)共性標準，首先要制定術(shù)語和分級等通用基礎(chǔ)標準，為其他標準的制定提供支撐。

目前，市場上已經(jīng)存在大量智能起重機械,國內(nèi)外也有不少學(xué)者和工程技術(shù)人員在深入研究智能起重機，但什么是智能起重機,智能起重機與自動化起重機有什么區(qū)別，具備什么功能或者關(guān)鍵技術(shù)條件，才能被稱為智能起重機，目前國內(nèi)外沒有相關(guān)的標準文件對這些內(nèi)容進行明確定義。行業(yè)內(nèi)關(guān)于智能起重機的相關(guān)術(shù)語使用也較為混亂，如防搖、減擺，無人值守、無人駕駛、無人操作、本地控制、遠程控制等。由于沒有術(shù)語界定，造成用戶和制造商不在同一個平臺上溝通，技術(shù)和服務(wù)不對等。

因不同行業(yè)、不同機型、不同作業(yè)工藝，起重機差別較大，如何在同一個維度下，評價起重機的智能化水平，是目前需要解決的難題。技術(shù)較先進的其他行業(yè)，如城市軌道交通行業(yè)、汽車行業(yè)，在自動駕駛方面發(fā)展迅速、水平較高、投入較大、競爭激烈。在標準方面，各類城市軌道交通系統(tǒng)的無人駕駛或無人干預(yù)的自牽引列車適用的標準GB/T 32588.1—2016《軌道交通 自動化的城市軌道交通 安全要求》，將自動化等級分為5級。在汽車行業(yè)，GB/T 40429—2021《汽車駕駛自動化分級》以美國SAE J3016作為主要參考文件進行編制，建立符合中國國情的駕駛自動化分級定義，該標準將自動駕駛分為6級。起重機械與軌道交通、汽車有一定的相似性，可相互借鑒，行業(yè)內(nèi)目前對起重機械智能化分級的必要性已達成共識，但如何劃分還需要進一步的研究。

3.2 制定智能起重機的關(guān)鍵技術(shù)指標標準

在遠程控制技術(shù)中，涉及到遠程控制方式和遠程控制臺等關(guān)鍵技術(shù)。遠程控制臺未安裝在起重機械上，而是安裝在建筑物的控制室中，操作人員不能直視到起重機械，通過輔助設(shè)備，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)對起重機械進行操作；通過遠程控制臺進行作業(yè)的起重機械的智能化控制，需要對其中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵指標在相關(guān)標準中明確和約束。制定電磁干擾標準，用于客觀評價電子電氣元器件的起重機械零部件、整機和系統(tǒng)的電磁兼容性能。對于其他一些涉及設(shè)備安全、人員安全、創(chuàng)新發(fā)展等關(guān)鍵技術(shù)，如運行機構(gòu)定位偏差和起升機構(gòu)定位偏差，需要考慮器件自身的精度、實際檢測的偏差、精準程度等，進一步通過標準進行指標約束。

4 展望

在未來“智慧工廠”架構(gòu)中，起重機械不再是一個獨立個體設(shè)備，而是作為其中的一個執(zhí)行機構(gòu)，其數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)接收上級控制系統(tǒng)發(fā)來的指令，通過起重機本體的判斷，做出決策，執(zhí)行任務(wù)，實現(xiàn)起重機械的自動路徑規(guī)劃、全面感知及決策控制，保證起重機械設(shè)備的操作更加精準平穩(wěn)、更舒適便捷。在物品識別、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、空間感知、安全防護、故障診斷、智能運維等方面，結(jié)合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)字孿生等新興技術(shù),進一步提升起重機械的智能化水平，是未來起重機械智能化技術(shù)發(fā)展方向。

起重機械智能化健康發(fā)展離不開創(chuàng)新技術(shù)的推動和相關(guān)標準的規(guī)范和約束。一方面是向具備環(huán)境識別能力并具有安全防護意識的方向發(fā)展。未來起重機械大型化發(fā)展趨勢明顯，起重設(shè)備在協(xié)同工作過程中，吊裝作業(yè)效率低，安全隱患大。需要發(fā)展環(huán)境感知及實時監(jiān)測技術(shù)及相關(guān)標準規(guī)范，滿足多機協(xié)同控制及自主安全防護需求；另一方面，需要具備更加精準靈活的操作并配合相關(guān)標準規(guī)范的約束，使設(shè)備運行更安全可靠。

起重機械智能化對用戶也將提出較高的要求，操作者通過培訓(xùn)以及自身學(xué)習(xí)，掌握智能控制方面使用技能，且具備綜合判斷處理能力，才能更好地應(yīng)用起重機械。管理者需要建立清晰合理的工藝流程，完善的安全管理制度，才能使起重機械智能化更好地發(fā)揮作用。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了起重機械智能化發(fā)展現(xiàn)狀，分析了智能化的基礎(chǔ)功能，展望了智能化未來發(fā)展方向，并提出了智能化基礎(chǔ)共性標準和關(guān)鍵指標標準需求，從安全管理、科學(xué)技術(shù)、標準規(guī)范上提高起重機械的智能化地安全性、可持續(xù)發(fā)展性。