智能管理系统在流动式起重机中的应用

中联重科股份有限公司 湖南长沙 410013

流动式起重机操作复杂,移动频繁,为提高运营管理效益,吊装智能化是行业发展的必然趋势。智能化的发展可以帮助吊装企业在节约人工成本、减少安全事故发生、避免或减少设备故障,延长设备使用寿命、提高运营效率等方面发挥重要作用。起重机本身的智能化是智能管理的基础,在单机智能化的基础上,通过现代传感技术、互联技术、大数据等信息化手段将设备与设备之间、设备与操作者之间、设备与管理者之间、设备与制造商之间相互联通,大数据分析结果通过相应的智能终端和数据平台驱动各业务角色实现智能化管理。中联重科规划的流动式起重机智能化就是以单机智能化+互联网为牵引,打造具有人工智能的起重机,实现吊装业务管理和全流程作业的自动化,吊装机器人接入互联网,通过数据云处理,起重机可以在手持终端上实现远程管理和操控。

智能吊装规划系统和中联E管家是目前中联重科在流动式起重机智能管理方面两个最具代表的系统,下面将重点阐述:

1 智能吊装规划系统

起重机吊装作业需要吊装方案,吊装方案的编制现在是通过人工现场测量场地、手动查询起重量表,并根据经验规划吊装路径等方式完成。这种方法效率低、准确性不高,对人的专业能力和经验要求很高,如果测算和方案制定不准可能需要在现场反复移车,甚至可能发生事故。

图1 流动式起重机全流程智能管理和操控规划示意图

图2 智能吊装系统流程框图

中联重科开发的智能吊装规划系统,可以通过VR、航拍成像等方式现场采集工地信息,并将信息传输到云端,云计算创建三维场景,根据需求推荐合适的起重机,生成吊装方案并模拟仿真吊装作业过程,输出吊装工况和作业路径,在智能化起重机上可识别该规划方案,做为自动吊装执行的指令,智能吊装规划系统融合了计算机技术、信息技术、虚拟现实技术等,能实现起重机吊装前,从作业场景搭建、工况选型、吊装作业规划、吊装作业仿真,到方案自动输出全过程流程化生成。

智能吊装规划的关键技术主要有五个方面:

(1)实景作业场景的数据获得:通过VR、航拍成像等方式对工地场景进行实景扫描,获取模型大数据,并通过云计算转换成三维数字模型。

(2)数据库的建立及大数据分析:作业场景及起重机数据建立,起重量表的归一化处理,数据库的性能优化等。

(3)起重机选型与站位姿态定位:针对智能选型及最优站位,设计基于专家知识库的快速选型方法,建立站位影响模型,并对站位求解并优化。

(4)吊装路径规划:连续作业可行区域计算,基于空间搜索与知识库的路径自动规划和吊装全方位干涉准备检测(考虑吊臂挠度变形的影响)。

(5)仿真及评估:基于实景建模的吊装方案仿真运动 ,分析工况安全和作业安全,评估最优吊装方案并输出最终方案。

系统流程如图2所示。

1.1 基于RTK测量及无人机拍摄的三维场景重建

采用基于RTK测量及无人机拍摄的三维场景重建与单体化建模技术,实现突破快速单体化建模难题,在吊装行业内首家实现多模式吊装场景精准重建,可使施工作业前场景重建时间缩短70%以上。

除了实测场景自动搭建外,系统还具有基于模型库的手工作业场景快速搭建功能,支持化工、核电、风电、火电等8大类吊装施工环境 ,系统具有强大、逼真的吊装设备模型库,支持模型“即点即得”,操作方便、快捷,还支持导入其他三维建模软件创建的模型,扩充模设备型库。根据吊装幅度、高度和吊重,在多种机型中查询满足吊装要求的工况,速度快、结果精准。操作人员可按负载率、臂架组合方式、超起状态等自动筛选组合条件查询;可按型号、臂长、配重对结果排序,浏览各机型原始起重量表自动进行配重工况与吊重工况高度匹配。

1.2 吊装路径规划、入场模拟与站位分析

图3 三维场景重建示意图

图4 中联E管家应用示意图

图5 中联E管家用户端功能示意图

1.2.1 入场规划

系统具有手动和自动模式入场规划,考虑车辆转弯半径限制和入场路径干涉检测,确定入场线路及方式,三维动画模拟起重机入场。

1.2.2 站位规划

系统具有手动站位和自动站位两种站位规划模式,支持起吊点、就位点的碰杆校核、组装面积校核和站位点干涉检测。

1.2.3 路径规划

系统具有手动路径规划、自动路径规划、沙盘路径规划,手动路径规划融入用户习惯,满足不同用户需求;自动路径规划可一键式自动生成可行吊装路径;沙盘路径规划通过将三维场景平面投影,按负载率大小将作业区域划分成不同的颜色带,用户可通过键盘控制起重机动作,生成吊装路径。

1.3 自动仿真验证和方案输出

系统可以实现起重机吊装作业过程三维仿真模拟,验证站位区域、工况与吊装路径的可行性,并动态显示和验证各种关键作业参数,如:吊装过程干涉检测、接地比压与挠度实时计算、超载超限、过放过卷等危险动作主动警示,系统支持多视角漫游,全方位监控吊装作业仿真过程。

输出方案涵盖工程信息、吊装任务、操作注意事项、施工平面图、吊索具选型、主机技术参数、吊装过程、安全应急预案等内容,以及自动输出关键拐点的立面图并进行碰撞距离信息等危险标识,用户可自定义吊装方案输出模板。吊装方案可在智能化起重机上自动识别,指挥起重机自动完成吊装任务。

2 中联E管家

中联E管家可涵盖所有流动式设备的管理,是一个系统的设备大数据应用管理平台——起重机的掌上管家,它通过角色分配和模块设置,可为起重机全业务链提供增值服务。

中联E管家基于起重机的车载平台信息采集,通过GPS和中联盒子处理模块,传回数据平台,在掌上APP实时对设备相关信息进行显示和处理应用。

中联E管家可通过数据收集和分析为制造商提供产品的精准开发支持、质量改善提升和跟踪评估、售后服务的快速响应、开工晴雨表大数据、商城直通、车联网应用等服务;可为设备管理者解决资产安全(偷油、监控设备轨迹、车辆防盗);运营监管(车辆工作数据、异常事件、司机及机手操作习惯等);服务体验(保养计划、维护提醒等)的难题。

图6 中联E管家设备状态信息示意图

目前,中联E管家针对设备管理者已具备10个功能模块,可实现单机和机群的定位、轨迹回放、状态监控、维保提醒、故障报警提醒、分析统计、项目管理、吊车选型和链接中联服务商城等功能。

2.1 设备状态信息

中联E管家在移动终端和机载平台上可上查看31种产品运行作业状态及管理信息,涵盖操作异常、零部件异常、实时工况、设备定位等信息。

2.2 设备维护保养信息

中联E管家在移动终端和机载平台上实现了10大类17小项的维护保养提醒,包括发动机系统、变速箱、转向系统、气路系统、液压系统、减速机零部件等,涵盖了设备日常保养和维护的全部内容。

2.3 故障诊断

中联E管家在移动终端和机载平台上可诊断12种力限器故障、17种电磁阀线路故障、743种发动机故障,为精准故障预警和排除提供帮助。

2.4 统计分析报表和选车

中联E管家在移动终端和机载平台上可实现油耗、里程等4种数据按日、周、月的统计分析和报表,根据工况推荐吊装车辆和作业工况。

2.5 违规操作提示和记录

图7 中联E管家故障诊断界面

图8 中联E管家统计分析报表和选车界面

图9 中联E管家违规操作提示和记录界面

中联E管家在移动终端和机载平台上可实现超载、过卷、过放等8大类违规操作提示并记录,帮助设备操作者减少违规操作,便于设备管理对单机和机群的操作记录调查。

起重机的智能化和智能设备管理已经在路上,未来的起重机将具有更多的传感器,能感知、有大脑、会思考,人工智能和互联网将深度融合发展,起重机的智能化和设备智能管理将有更大的想象空间,在起重机的研发制造、销售、使用管理、服务等全流程环节中不同的角色业务将得到更多的价值体现,这将是一场全新的革命,推动起重机产业链创新转型的可持续性发展。