近年來，我國(guó)智能化制造業(yè)發(fā)展形勢(shì)良好，其中，作為已在物料搬運(yùn)中做出過巨大貢獻(xiàn)的起重機(jī)械也勢(shì)必進(jìn)一步加快智能化轉(zhuǎn)型。

現(xiàn)階段，我國(guó)智能化起重機(jī)械設(shè)備發(fā)展迅速，但仍需要進(jìn)一步加大技術(shù)創(chuàng)新力度，加快智能化水平提升，同時(shí)繼續(xù)加強(qiáng)起重機(jī)械使用安全性設(shè)計(jì)，降低作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，確保操作人員人身安全性，促進(jìn)中國(guó)工業(yè)事業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

1、工業(yè)智能化與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展關(guān)聯(lián)性

智能制造和可持續(xù)制造業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的兩個(gè)重要主題，兩者之間存在許多交叉點(diǎn)，可持續(xù)發(fā)展是智能制造的基本目標(biāo)之一。

工業(yè)4.0被廣泛認(rèn)為是德國(guó)在全球衰退后恢復(fù)競(jìng)爭(zhēng)力的原因?；诠I(yè)4.0的可持續(xù)性概念包括環(huán)境保護(hù)和控制、資源效率、更聰明和靈活的流程以及現(xiàn)代技術(shù)，以改變生活方式、創(chuàng)造新的商業(yè)和制造模式以及更新工業(yè)結(jié)構(gòu)。

在今天的競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)景中，每個(gè)行業(yè)都努力適應(yīng)和適應(yīng)工業(yè)4.0，大多數(shù)經(jīng)濟(jì)體都在與數(shù)字轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展作斗爭(zhēng)?？沙掷m(xù)性在制造業(yè)中至關(guān)重要。可持續(xù)性努力的目標(biāo)將是材料、制造工藝、能源和歸因于制造業(yè)的污染物。

任何重大可持續(xù)性努力的切入點(diǎn)都是產(chǎn)品和市場(chǎng)。毫無疑問，如果產(chǎn)品和工藝的開發(fā)以可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，就能取得最大的可持續(xù)性成果?？赡茉O(shè)想的例子包括：可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)將推動(dòng)制造；可持續(xù)制造過程將影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)；同時(shí)開發(fā)可持續(xù)材料、產(chǎn)品和工藝。

添加劑制造代表了第二種場(chǎng)景，在這種場(chǎng)景中，一個(gè)過程導(dǎo)致了組件和產(chǎn)品的新設(shè)計(jì)?？沙掷m(xù)性不在于制造什么而是如何實(shí)現(xiàn)。它是為再制造、再加工和再利用提供平等基礎(chǔ)的主要力量。

由于可持續(xù)性，制造業(yè)和服務(wù)業(yè)之間的界限將保持模糊。例如，修復(fù)舊產(chǎn)品不是傳統(tǒng)的制造活動(dòng)，但它可能會(huì)進(jìn)入新的制造字典?？沙掷m(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)在宏觀治理上涉及兩個(gè)主要變革：管理變革和立法變革。2008年，中國(guó)制定并執(zhí)行了關(guān)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)劃，將循環(huán)經(jīng)濟(jì)置于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策的重要地位。“中國(guó)制造2025”是中國(guó)于2015年發(fā)布的一項(xiàng)國(guó)家行動(dòng)綱領(lǐng)，旨在促進(jìn)工業(yè)4.0技術(shù)的開發(fā)和采用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)。

智能制造被認(rèn)為是一種新的范式，它通過引入數(shù)字創(chuàng)新，使工作變得更聰明和更有聯(lián)系，帶來速度和靈活性。今天，數(shù)字創(chuàng)新與公司的“可持續(xù)性”密切相關(guān)。

數(shù)字創(chuàng)新和可持續(xù)性是基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)概念的兩個(gè)不可分割的原則。數(shù)字創(chuàng)新使循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式成為可能，促進(jìn)使用數(shù)字平臺(tái)、智能設(shè)備和人工智能等有助于優(yōu)化資源的解決方案。

2、起重機(jī)械智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及需求分析

近年來，我國(guó)起重機(jī)械智能化發(fā)展迅速，已在多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，對(duì)于起重機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制之后，無論從智能化起重機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造，還是安裝、調(diào)試驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，都嚴(yán)重缺乏規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，致使技術(shù)要求難以達(dá)到統(tǒng)一，阻礙了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

為有效保障產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量，就必須建立健全的標(biāo)準(zhǔn)，并以該標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)起重機(jī)械智能化產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈各方面力量，體系化開展國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，從而有效推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)的建設(shè)與完善，為制定完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提高技術(shù)支撐與保障。

總的來說，起重機(jī)械之嫩滑標(biāo)準(zhǔn)主要由基礎(chǔ)共性與關(guān)鍵技術(shù)的層次標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成?；A(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)主要包含6個(gè)主要方面，即通用、安全、可靠性、檢測(cè)、維護(hù)、評(píng)價(jià)等，其主要作用就是解決基礎(chǔ)共性問題、統(tǒng)一相關(guān)概念；關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包含物品識(shí)別、信息管控、空間感知、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)等5個(gè)部分，其目的四對(duì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，從而促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。

2.1制定起重機(jī)械智能化基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)

要想做好其中機(jī)械智能化基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)制定工作，首先要對(duì)術(shù)語及分級(jí)等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行慎重制定，以為其他標(biāo)準(zhǔn)的制定提供支撐。

現(xiàn)階段，市面上已出現(xiàn)了各式各樣的智能化起重機(jī)械設(shè)備，但對(duì)于智能起重機(jī)械研究仍未間斷。但何為智能起重機(jī)械，智能起重機(jī)械與自動(dòng)化起重機(jī)械存在什么差異，具備何種功能的起重機(jī)械才能叫做智能起重機(jī)械，目前仍沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行明確定義，以至于行業(yè)內(nèi)對(duì)智能起重機(jī)相關(guān)術(shù)語使用較為混亂，比如防搖、減擺，無人值守、無人駕駛、遠(yuǎn)程控制等，這種無統(tǒng)一的術(shù)語界定，造成用戶與制造商無法完成精準(zhǔn)溝通，同時(shí)也造成技術(shù)與服務(wù)不對(duì)等。

因不同機(jī)型所用工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異較大，因此，如何在同一緯度下對(duì)起重機(jī)械智能化水平是迫切需要解決的問題。例如，城市軌道交通行業(yè)、汽車行業(yè)等先進(jìn)行業(yè)，已在自動(dòng)駕駛方面發(fā)展迅速、投入力度較大，發(fā)展水平也比較高，同時(shí)也建立起了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)。

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(biāo)準(zhǔn)GB/T32588.1—2016《軌道交通自動(dòng)化的城市軌道交通安全要求》，將自動(dòng)化等級(jí)分為5級(jí)。起重機(jī)械與軌道交通存在一定的相似性，因此可以相互借鑒，目前行業(yè)內(nèi)部對(duì)起重機(jī)械智能化分級(jí)必要性已達(dá)成共識(shí)，但到底該如何細(xì)分仍需進(jìn)一步研究。

2.2制定智能起重機(jī)機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

遠(yuǎn)程控制技術(shù)涉及遠(yuǎn)程控制方式與遠(yuǎn)程控制臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)。遠(yuǎn)程控制臺(tái)并沒有直接安裝在起重機(jī)械上，而是安裝于建筑物控制室中，操作人員無法直接指揮起重機(jī)械作業(yè)，僅通過輔助設(shè)備，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)等指揮起重機(jī)械進(jìn)行操作；借助遠(yuǎn)程控制臺(tái)進(jìn)行起重機(jī)械智能化控制，需對(duì)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵指標(biāo)在進(jìn)行約束。

為實(shí)現(xiàn)基于電子電氣元器件的起重機(jī)械零部件、整機(jī)和系統(tǒng)的電磁兼容性能的客觀評(píng)價(jià)，就應(yīng)該借助行管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)涉及設(shè)備安全、人員安全、創(chuàng)新發(fā)展等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行約束。

3、起重機(jī)械智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

橋式起重機(jī)在工業(yè)制造方面發(fā)揮了非常重要的作用，然而，該型起重機(jī)太過笨拙，慣性大、操作技術(shù)門檻高，故花費(fèi)在橋式起重機(jī)上的運(yùn)行與維護(hù)成本加高，為有效提升其運(yùn)行效率、運(yùn)行安全性，文章就一橋式起重機(jī)為例，對(duì)該型其中機(jī)械設(shè)備智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

3.1橋式起重機(jī)硬件系統(tǒng)

橋式起重機(jī)系統(tǒng)有兩種控制方式：人工手動(dòng)控制和智能化運(yùn)行。橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)由地面控制系統(tǒng)、控制中心系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、傳感器、驅(qū)動(dòng)設(shè)備等組成。

（1）地面控制

地面控制系統(tǒng)是為人工手動(dòng)控制時(shí)提供的設(shè)備，系統(tǒng)包括：起重機(jī)遙控手柄、急停按鈕、搖桿手柄、HMI以及無線網(wǎng)關(guān)組成。

起重機(jī)遙控手柄：采用無線遙控手柄，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)橋式起重機(jī)拉線手柄，也可以代替起重機(jī)橋梁大臂上駕駛室操控臺(tái)。實(shí)現(xiàn)無線操作。提高操作的可靠性、便捷性、工作效率等。不僅改善了操控員的工作條件，同時(shí)降低勞動(dòng)強(qiáng)度。如果搭配攝像頭，還可以脫離工作第一現(xiàn)場(chǎng)，大大提高工作環(huán)境。

急停按鈕：當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，急停按鈕立刻將起重機(jī)停下來導(dǎo)向安全測(cè)，避免危險(xiǎn)嚴(yán)重化。

搖桿手柄：又稱工業(yè)操縱桿，使得橋式起重機(jī)控制更加順滑，360°可控。彌補(bǔ)了起重機(jī)遙控手柄同時(shí)刻單按鈕控制的不足。

HMI（人機(jī)接口)：也稱人機(jī)界面?？梢赃B接PLC、變頻器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備。

操縱員通過HMI可以與橋式起重機(jī)交互，下達(dá)命令等。

（2）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)與控制中心。

PLC控制系統(tǒng)包括：西門子PLCS7-1500；西門子變頻器G120；起重機(jī)遙控接收器；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；HMI等

• PLCS7-1500：擁有標(biāo)準(zhǔn)型和故障安全型兩種不同類型的CPU模塊，響應(yīng)時(shí)間快，同時(shí)集成CPU顯示面板和相應(yīng)的調(diào)試和診斷機(jī)制。使得PLCS7-1500極大地提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
• 西門子變頻器G120：模塊化的變頻器，包括控制單元和功率模塊。在變頻調(diào)速中應(yīng)用廣泛。為橋式起重機(jī)的電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)。提供0.37KW～250KW功率需求，同時(shí)可以穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在橋式起重機(jī)抗搖擺上，也發(fā)揮巨大作用。
• 起重機(jī)遙控接收器：接收地面控制與控制中心下達(dá)的命令。
• 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：實(shí)現(xiàn)無線通訊。

橋式起重機(jī)由縱向移動(dòng)的大車；橫向移動(dòng)的小車；上下移動(dòng)的吊具實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的運(yùn)載。三個(gè)電機(jī)分別使用一個(gè)西門子變頻器G120驅(qū)動(dòng)，PLC對(duì)各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作指令進(jìn)行控制，如電機(jī)的速度控制、方向控制、安全側(cè)導(dǎo)向等。上位機(jī)發(fā)送運(yùn)行命令，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)程序進(jìn)行執(zhí)行，對(duì)變頻器發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在此過程，會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)傳感器信息計(jì)算分析。判斷吊具位置，并檢測(cè)周圍環(huán)境信息。

控制中心包括：PC終端控制臺(tái)；無線網(wǎng)關(guān)；監(jiān)控設(shè)備等。

• PC終端控制臺(tái)：上位機(jī)，方便人員操作。
• 監(jiān)控設(shè)備：可以實(shí)時(shí)監(jiān)控橋式起重機(jī)的運(yùn)行情況。在緊急情況或者需要人工操作時(shí)，可以遠(yuǎn)程操控。

（3）超聲波傳感器模塊

傳感器主要是將非電量信息（物理信息、化學(xué)信息及生物信息等）轉(zhuǎn)換為電量信息的器件。

這樣處理器單元可以對(duì)其運(yùn)算分析，從而達(dá)到感知周圍環(huán)境狀態(tài)的目的。在本論文研究的橋式起重機(jī)項(xiàng)目中，最關(guān)鍵的傳感器是超聲波傳感器。

超聲波傳感器：常見的是壓電型超聲波傳感器。原理是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，同時(shí)也可以將接收回來的超聲波轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度V、發(fā)射與接收超聲波的時(shí)間差ΔT計(jì)算出周圍物體距離自己的距離。并且根據(jù)功能要求還可以利用數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行成像，例如醫(yī)院B超機(jī)器也是用到超聲波傳感器。

超聲波傳感器廣泛運(yùn)用在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，主要用來感知、監(jiān)測(cè)主體的周圍環(huán)境中其他物體的位置狀態(tài)。本論文用在橋式起重機(jī)吊具系統(tǒng)底端掛鉤正上方，由六個(gè)超聲波傳感器按照如下圖所示排列組成。用來實(shí)時(shí)探測(cè)吊具系統(tǒng)周圍障礙物距離與方位，為后續(xù)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃及主動(dòng)避障搭建硬件載體。

3.2橋式起重機(jī)軟件系統(tǒng)

對(duì)于橋式其中軟件系統(tǒng)研究，應(yīng)從路徑規(guī)劃及上位機(jī)框架兩個(gè)方面展開研究：

（1）路徑規(guī)劃

橋式起重機(jī)智能化，融合了眾多現(xiàn)代科學(xué)的知識(shí)體系。如控制理論；智能算法；數(shù)學(xué)；電子信息；計(jì)算機(jī)等學(xué)科。

從而實(shí)現(xiàn)吊具系統(tǒng)的定位，路徑規(guī)劃等智能功能。在橋式起重機(jī)工作時(shí)，PLC不斷的執(zhí)行上位機(jī)下發(fā)的指令。在執(zhí)行提前規(guī)劃好的路徑的同時(shí)，還要實(shí)時(shí)處理傳感器傳回的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境以完成動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃。

（2）上位機(jī)框架

橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)主要是工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC組成，也是工業(yè)領(lǐng)域比較熟悉的做法。因此在上位機(jī)的設(shè)計(jì)上，使用現(xiàn)在非常常見的labview軟件開發(fā)上位機(jī)的工作。

labview與其他編程語言的顯著區(qū)別是，其他編程語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview使用圖形化語言產(chǎn)生的程序是框圖的形式。在工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應(yīng)的labview驅(qū)動(dòng)程序。使用labview可以十分方便地編制控制程序。

不僅在設(shè)計(jì)方面，labview可以優(yōu)秀勝任，在仿真驗(yàn)證方面也具有十分強(qiáng)力的功能，包含了多種多樣的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，特別適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設(shè)計(jì)等工作。

基于labview設(shè)計(jì)的橋式起重機(jī)路徑規(guī)劃控制系統(tǒng)可以設(shè)置工作環(huán)境地圖中的可行走區(qū)、禁止行走區(qū)、障礙物高度等，可以設(shè)置運(yùn)載貨物到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)、期望運(yùn)載速度等?？紤]到安全問題，設(shè)置了急停功能，防止意外發(fā)生。

4、結(jié)束語

本文在分析了工業(yè)智能化與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展關(guān)聯(lián)性基礎(chǔ)上，對(duì)重機(jī)械智能化發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)需求進(jìn)行了深入探究，最后以橋式起重機(jī)為例，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面探討了橋式起重機(jī)智能化的實(shí)現(xiàn)，為提升起重機(jī)械智能化自動(dòng)化水平及操作安全性提供了技術(shù)指導(dǎo)，有效推動(dòng)了工業(yè)產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。