38王亚强-初稿-起重机智能系统的发展与应用
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- 38王亚强-初稿-起重机智能系统的发展与应用内容摘要
随着起重机的发展，性能和功能的提升，国家对起重机等特种设备的安全性的要求越来越重视，使得控制线路逐渐增多、日益复杂，给制造、维护保养以及维修都提出更高的要求；随着电缆价格日益攀升，生产成本和使用成本也在大幅度的提高，不符合国家节能减排的政策，由于起重机的工作特性，小车拖缆在工作中，每天成百上千次的不停的折叠、伸张，极易造成电缆保护套开裂，断线等问题，极易造成事故。然而，近年来，应用于起重机的控制技术发展迅速。通过工业网络技术，采集起重机的各种电控系统的信号或信息，实现起重机电控系统的全面计算机图形化监控、故障监控和跟踪，对起重机的运行状态、工作内容的监控和工作量的统计，有效提高生产管理水平；通过远程服务和远程监控手段，可以实现快速服务响应，极大提高设备故障排除时间，保障设备完好率。随着控制技术的不断发展，起重机智能系统的概念应运而生。
目前，起重机智能系统主要应用在许多要求高度安全可靠，先进，快速，精确定位，运行平稳的起重运输领域。国内外工程学界对智能起重机系统进行研究与探索具有重要的理论价值和实际意义。提出智能起重机的定义，基本结构和研究范畴，包括智能监测，控制，规划以及结构设计等。讨论目前智能起重机的研究状况，分析需要解决的科学问题并对其未来的发展方向和研究重点进行了展望。
关键词：起重机；智能系统；应用；
目 录
内容摘要 I
引 言 1
1 智能起重机的定义 2
2 国内外研究现状及分析 5
2.1 安全监控和故障诊断 5
2.2精确定位和智能防摆 6
2.3 遥控技术 7
2.4智能防撞技术 8
3 智能起重机的基本结构 11
4 起重机的智能化研究的应用 14
5 起重机的智能化研究的展望 15
5.1 智能控制的新理论与新技术 15
5.2 多传感器的信息融合 16
5.3 学习控制技术和方法的研究 17
5.4 智能人机接口 18
5.5 智能路径规划 19
5.6 智能结构优化设计的新方法 21
6 结论 23
参考文献 24
引 言
起重机广泛应用于车间、港口码头、电站、仓库、海上钻井平台、高层建筑等场所，要求安全可靠、先进、快速、精确定位及运行平稳、并趋向大吨位、高效率、自动化、智能化及多用途方向发展。与此同时，用户对其工作性能，操作舒适性，自动化程度，工作安全可靠性，设备故障监控诊断能力等方面的要求也越来越高，所以必须采用智能起重机来满足需求。
起重机是一种集物料起重、运输和装卸为一体的输送设备和工业安装设备，在现代化生产中起着不可或缺的作用。长期以来，我国对起重机的设计质量和设计水平的衡量通常侧重于技术角度，而对经济性、环保性等方面的要求考虑较少，致使起重机能耗高、自重及体积较大且安全系数裕量也较大，造成资源的浪费，并且针对目前起重机行业单一起重机设备价格过于低廉和低端起重机产品过剩，造成恶性竞争的现状，产品的技术含量不断升级，产品附加值和业务拓展范围随之扩大。对于用户来说，人力成本的增加占企业成本比重越来越大，这就促成了一部分市场的需求。起重机的智能化技术正好符合了目前的市场潮流，也响应了国家号召的工业4.0战略，提高了用户的现代化管理，节省用工数量和成本，又为起重机企业提供了设备升级和利润增长点，为今后起重机行业发展方向指明了通道。
国家经过多年的探索，确定了利用机器人技术改造现有工程机械，即研制智能化工程机械。智能化工程机械涉及机、电、液、声、光等学科，以计算机技术、控制技术、微电子技术、传感器技术等为基础，将多种技术组合起来进行机械内部的信息处理。而智能起重机属于智能化工程机械的一种，对智能起重机系统进行研究与探索具有重要的理论价值和实际意义。
本文首先介绍了起重机智能系统的主要特点，对组成起重机智能系统的体系结构进行了详细阐述，然后，对应用于起重机智能系统的新技术、新方法进行了介绍，最后，对起重机智能系统的应用和发展趋势进行了展望，随着起重机市场的竞争越趋激烈，起重机产品的利润空间进一步被压缩，将智能系统应用在起重机之上，使起重机具备适当的智能化设计，已成为很多起重机企业提高市场竞争力、减少生产成本的重要举措。
1 智能起重机的定义
智能起重机是能完成起重机各种任务的具有自动控制的操作和移动功能、可编程功能、人机交互功能和自诊断功能，具有高度灵活性的自动化机器系统。智能起重机由起重机基本功能层、传感器层、信号采集执行层、控制层和人机交互层组成。它具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力、协同能力、学习能力以及决策控制能力。它是一个多变量多耦合的非线性系统，涉及到机械、电力电子、计算机、液压、自动控制、信息和传感技术、人工智能、通讯与网络等多门学科和领域。智能起重机的研究范畴应包括智能监测、智能控制、智能规划以及智能结构设计等方面。
起重机智能化研究的总体目标，是突破复杂环境下人工智能、作业空间识别、复杂装备全寿命周期管理等智能化技术等关键技术，开发出面向具有高智能化、带操作安全管理系统的智能装备，实现单机与机群智能化控制，并使我国重大施工装备、技术达到国际领先水平。智能化起重机应具有检测和识别工作对象与工作条件的功能，具有根据吊装目标自行决策的功能，具有响应决策、执行预定动作的伺服功能，具有自动监测吊装过程与及时修正的功能，具有自我安全防护及排除故障的功能。综合来看，起重机智能化的涵义包括以下几个方面[1]：...
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