可視化技術在起重機結構故障管理中的應用

蘇 瑩

創業集團大慶起重運輸機械廠，黑龍江 大慶 163712

隨著我國經濟的持續快速增長，進出口貿易的持續增加，裝卸搬運的業務量也在不斷的增加，作為裝卸作業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構，其狀態好壞在起重機作業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構中難以及時發現，致使結構故障不斷出現、造成，怎樣科學合理的進行起重機結構故障管理以成為刻不容緩的問題。

1 起重機結構故障管理的對可視化技術的需求

傳統的起重機結構管理方法倚重于技術人員的經驗、技術，主要是靠技術人員不斷的巡視、檢查或定期檢測，然后憑借長期在一線工作的經驗和精湛的技術對起重機金屬結構的狀態進行判斷。一旦發現裂紋，采取的方法多是縮小巡檢周期，并根據經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、復雜，不能有效的縮短故障檢測時間、第一時間發現故障并維修，而為了保障安全性、準確性需要技術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，因為起重機復雜的工作環境，很多構件部位也難以檢查到位并可能在技術人員攜帶檢測儀器攀爬時產生一定的危險性；

最后，大多情況下，對實測數據進行分析時也要求技術人員對起重機結構了解深厚并利用精湛的力學基礎進行分析演算，無形中給結構管理工作的推廣設置了一道高高的門檻，不利于管理工作的推廣。

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

而可視化技術可以將實際檢測的數據轉化成直觀、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損壞的部位等，該技術是以損傷容限設計和斷裂力學為基礎的系統，不需要繁復的演算，大大降低了對技術人員的要求。

2 可視化技術的理論方法

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

通過電腦將原始數據中的有用數據抽取、轉換并映射點、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出來并對反饋信息進行一定的分析的方法，將大量數據（測量或對數據計算、分析的過程中都有可能產生大量數據）后面隱藏的信息轉化為可通過視覺效應表達的直觀形式，使技術人員能夠比較容易的分析起重機的結構狀態，提前發現問題、及時處理問題，防患于未然。

另外，電腦智能處理數據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據得到高速、有效的利用。并且技術人員還可以通過改變參數，來實現對相同系列機型、不同載荷工況的分析。

3 可視化技術在起重機結構故障管理中的應用

在起重機結構故障管理過程中，可視化技術主要是通過以下幾方面來體現其價值：

1）將與穩定性和結構疲勞的相關的參數、變量及其它結構參數、載荷特性，以圖形圖像的形式直觀的表達出來，使結構故障管理人員更容易解釋某一特定點所對應的數據和參數，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構的不必要的傷害；

2）可視化技術將損傷容限設計理論、斷裂力學理論應用在結構故障管理中，通過系統對原始數據的分析，產生出以圖形圖像形式表示的，可以根據機械狀態、空間的不同而變換的現象，克服了傳統的起重機結構管理方法倚重于技術人員的經驗、技術的弊端，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據的利用率，為以后的研究、新系統的開發奠定基礎，并極大地降低了結構管理工作的技術門檻；

3）該技術包含的分析、評估系統可以建立模型、加載人機交換，通過系統軟件把結構受力變形、應力云圖等直觀的表現出來，結構管理者通過參數輸入界面將參數進行更改、分析，就可以得出在不同程度的負荷下起重機結構受力的情況，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力數據與系統的分析結果進行對比，合理的改模、分析不足，改進系統；

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

另外，起重機結構故障管理者還可以在系統內輸入起重機主要構成材料型號、結構尺寸、服役時間、服役環境及工作強度等參數，對起重機當前狀態下的可能壽命、有無損傷等進行推測，使結構故障管理者和使用者更加清楚起重機的使用狀態，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 結論

綜上所述，可視化管理技術可以將現場實際檢測的數據通過損傷容限設計理論和疲勞斷裂力學對起重機結構裂紋的產生和擴展進行模擬，幫助故障管理人員制定出合理的巡檢計劃。而現場實際檢測得出的應力數據又可與系統分析的結果對比，將系統模塊分析的不足進行修改，使系統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構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，有利于各種故障的預防和排除。同時，也可有利于起重機結構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構動力響應分析[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監控方法設計[J].機電設備，2003(6).

[3]陰曙光.論科學計算可視化在結構分析中的應用[J].山西建筑，2003(9).

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

[5]于同工.狀態監測系統在港口機械上的應用[J].港口裝卸，2001，4.