可視化技術(shù)在起重機結(jié)構(gòu)故障管理中的應(yīng)用

蘇 瑩

創(chuàng)業(yè)集團大慶起重運輸機械廠，黑龍江 大慶 163712

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，進出口貿(mào)易的持續(xù)增加，裝卸搬運的業(yè)務(wù)量也在不斷的增加，作為裝卸作業(yè)的主干機械的起重機的工作負荷也日益加重。作為起重機骨架的金屬結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)好壞在起重機作業(yè)過程中起著舉足輕重的作用，然而，許多不同程度的損傷隱藏在金屬結(jié)構(gòu)中難以及時發(fā)現(xiàn)，致使結(jié)構(gòu)故障不斷出現(xiàn)、造成，怎樣科學合理的進行起重機結(jié)構(gòu)故障管理以成為刻不容緩的問題。

1 起重機結(jié)構(gòu)故障管理的對可視化技術(shù)的需求

傳統(tǒng)的起重機結(jié)構(gòu)管理方法倚重于技術(shù)人員的經(jīng)驗、技術(shù)，主要是靠技術(shù)人員不斷的巡視、檢查或定期檢測，然后憑借長期在一線工作的經(jīng)驗和精湛的技術(shù)對起重機金屬結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進行判斷。一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，采取的方法多是縮小巡檢周期，并根據(jù)經(jīng)驗對裂紋等缺陷進行維修[1]。

首先，這種基本上滯后性的工作瑣碎、復(fù)雜，不能有效的縮短故障檢測時間、第一時間發(fā)現(xiàn)故障并維修，而為了保障安全性、準確性需要技術(shù)人員耗費大量的時間在巡查、檢查上，無形中使管理成本大大增加；

其次，因為起重機復(fù)雜的工作環(huán)境，很多構(gòu)件部位也難以檢查到位并可能在技術(shù)人員攜帶檢測儀器攀爬時產(chǎn)生一定的危險性；

最后，大多情況下，對實測數(shù)據(jù)進行分析時也要求技術(shù)人員對起重機結(jié)構(gòu)了解深厚并利用精湛的力學基礎(chǔ)進行分析演算，無形中給結(jié)構(gòu)管理工作的推廣設(shè)置了一道高高的門檻，不利于管理工作的推廣。

因此，對能夠降低結(jié)構(gòu)管理工作實踐門檻，使工作能夠易于開展并得以更好推廣的直觀、快捷的技術(shù)手段的需求已成為必然。

而可視化技術(shù)可以將實際檢測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成直觀、易懂的圖形圖像形式，顯示出合適的巡查時間、推算出機器的安全壽命及可能出現(xiàn)損壞的部位等，該技術(shù)是以損傷容限設(shè)計和斷裂力學為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，不需要繁復(fù)的演算，大大降低了對技術(shù)人員的要求。

2 可視化技術(shù)的理論方法

可視化技術(shù)憑借圖像處理和電腦圖形學等技術(shù)，用動畫技術(shù)、幾何圖形、色彩、對比度、紋理等手段，將大量瑣碎、抽象的數(shù)據(jù)用圖形、圖像的形式，形象、直觀的顯示出來，并相互進行轉(zhuǎn)換處理，將理論、模擬與實際檢測結(jié)合在一起，是計算機模擬技術(shù)的一種延伸。具體作業(yè)方法如下：

通過電腦將原始數(shù)據(jù)中的有用數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換并映射點、線、面及三維體等幾何元素，并將這些幾何元素繪制成圖形圖像顯現(xiàn)出來并對反饋信息進行一定的分析的方法，將大量數(shù)據(jù)（測量或?qū)?shù)據(jù)計算、分析的過程中都有可能產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)）后面隱藏的信息轉(zhuǎn)化為可通過視覺效應(yīng)表達的直觀形式，使技術(shù)人員能夠比較容易的分析起重機的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)問題、及時處理問題，防患于未然。

另外，電腦智能處理數(shù)據(jù)的速度遠遠超過人為操作的速度，這樣可以使每時每秒輸入的數(shù)據(jù)得到高速、有效的利用。并且技術(shù)人員還可以通過改變參數(shù)，來實現(xiàn)對相同系列機型、不同載荷工況的分析。

3 可視化技術(shù)在起重機結(jié)構(gòu)故障管理中的應(yīng)用

在起重機結(jié)構(gòu)故障管理過程中，可視化技術(shù)主要是通過以下幾方面來體現(xiàn)其價值：

1）將與穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)疲勞的相關(guān)的參數(shù)、變量及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)、載荷特性，以圖形圖像的形式直觀的表達出來，使結(jié)構(gòu)故障管理人員更容易解釋某一特定點所對應(yīng)的數(shù)據(jù)和參數(shù)，更易于加深對起重機運行狀況的了解，進而有效的避免對起重機結(jié)構(gòu)的不必要的傷害；

2）可視化技術(shù)將損傷容限設(shè)計理論、斷裂力學理論應(yīng)用在結(jié)構(gòu)故障管理中，通過系統(tǒng)對原始數(shù)據(jù)的分析，產(chǎn)生出以圖形圖像形式表示的，可以根據(jù)機械狀態(tài)、空間的不同而變換的現(xiàn)象，克服了傳統(tǒng)的起重機結(jié)構(gòu)管理方法倚重于技術(shù)人員的經(jīng)驗、技術(shù)的弊端，排除了主觀因素，具有一定的客觀性。并且還能大大提高實測數(shù)據(jù)的利用率，為以后的研究、新系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)，并極大地降低了結(jié)構(gòu)管理工作的技術(shù)門檻；

3）該技術(shù)包含的分析、評估系統(tǒng)可以建立模型、加載人機交換，通過系統(tǒng)軟件把結(jié)構(gòu)受力變形、應(yīng)力云圖等直觀的表現(xiàn)出來，結(jié)構(gòu)管理者通過參數(shù)輸入界面將參數(shù)進行更改、分析，就可以得出在不同程度的負荷下起重機結(jié)構(gòu)受力的情況，進一步了解不同的尺寸、厚度的鋼板對機器的影響。并且將實際檢測的應(yīng)力數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的分析結(jié)果進行對比，合理的改模、分析不足，改進系統(tǒng)；

4）利用斷裂力學和損傷容限設(shè)計等理論對起重機構(gòu)件的裂紋萌生時間進行評估計算，并將起重機構(gòu)件裂紋的擴展進程用圖片模擬展現(xiàn)，故障管理人員可以以此為根據(jù)結(jié)合企業(yè)實際情況制定出裂紋巡檢計劃。

另外，起重機結(jié)構(gòu)故障管理者還可以在系統(tǒng)內(nèi)輸入起重機主要構(gòu)成材料型號、結(jié)構(gòu)尺寸、服役時間、服役環(huán)境及工作強度等參數(shù)，對起重機當前狀態(tài)下的可能壽命、有無損傷等進行推測，使結(jié)構(gòu)故障管理者和使用者更加清楚起重機的使用狀態(tài)，對起重機的使用和維護方法進行改進，更好的延長起重機的使用壽命，減少“病假”、提高起重機的“出勤率”。

4 結(jié)論

綜上所述，可視化管理技術(shù)可以將現(xiàn)場實際檢測的數(shù)據(jù)通過損傷容限設(shè)計理論和疲勞斷裂力學對起重機結(jié)構(gòu)裂紋的產(chǎn)生和擴展進行模擬，幫助故障管理人員制定出合理的巡檢計劃。而現(xiàn)場實際檢測得出的應(yīng)力數(shù)據(jù)又可與系統(tǒng)分析的結(jié)果對比，將系統(tǒng)模塊分析的不足進行修改，使系統(tǒng)分析能進一步的精確。通過這樣的操作模式可以使起重機結(jié)構(gòu)故障管理人員更加深入的了解起重機，更有利于起重機的日常維護和保養(yǎng)，有利于各種故障的預(yù)防和排除。同時，也可有利于起重機結(jié)構(gòu)故障管理工作的推廣和研究。

[1]鄭培，盧耀祖，張氫.大型港口橋式起重機鋼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析[J].起重機運輸機械，2008(3)：31.

[2]樊仁才，李松玲.港口門座式起重機狀態(tài)監(jiān)控方法設(shè)計[J].機電設(shè)備，2003(6).

[3]陰曙光.論科學計算可視化在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].山西建筑，2003(9).

[4]王鳴杰.起重機結(jié)構(gòu)故障管理的可視化技術(shù)研究[J].科技資訊，2010(25).

[5]于同工.狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在港口機械上的應(yīng)用[J].港口裝卸，2001，4.