前言
在制造过程中，起重机涉及各种金属结构件的制造和检测。 目前，国内很多企业在大型金属结构件形成后的过渡、喷涂、喷涂后的质检等工序仍以手工作业为主，自动化程度、信息化程度较低，未能有效融合信息技术、网络技术、视觉检测技术等数字化制造技术。 随着科学技术的不断发展，起重机制造向数字化、智能化转型已成为大势所趋。 本文以自主研发的大型金属结构件制造系统为例，分析研究了大型金属结构件在过渡、喷涂、喷涂质检过程中的自动化、数字化。 一、行业现状近年来，基于国家基础设施建设项目的利好政策和宏观经济发展的良好趋势，起重机械行业市场迎来了爆发式增长期，门式起重机制造企业数量猛增。 然而，虽然大多数企业引进机械设备来辅助金属结构件的制造过程，但仍然依赖自主设备，未能形成系统的制造措施和生产理念。 在工业 4 中在0、中国制造2025等智能制造背景下，国内一些处于领先地位的起重机制造企业吸收先进理念，运用互联网思维，将智能化、信息化的理念引入起重机械生产的各个环节，实现信息技术与工业技术的结合。 二、项目概况及流程改造2.1 项目概况本文介绍的起重机大型金属结构件智能制造系统集成了智能起重机控制系统、一流的控制系统、大型金属结构件自动涂装生产线、智能调度管理系统、数字化智能涂层检测系统、数字孪生可视化管理系统、工业互联网运维服务系统等相关系统功能，实现起重机大型金属结构件的存储、转移、喷涂、涂装质量检测等智能制造过程。2.2、工艺流程的转变起重机的主梁需要经过从板材到成品入库的多种工艺流程，以前的生产工艺已经不适合智能制造的需要。 因此，通过技术与智能生产线的结合，改进了主梁的生产工艺，具体工艺为：板材开平整平、板材单面抛丸及车间底漆喷涂、抛丸及涂装质量检验、板材下料、主梁制作成型、检验并粘贴识别码、转运车识别、 转运至桥梁车间暂存仓库，桥梁生产，竣工检验，转运车辆鉴定，转入自动涂装生产线，智能吊装，自动涂装生产线喷涂作业，喷涂质检，智能起重机吊装，将成品运入仓库并发货。3. 系统和设备的研发和实施3.1. 重型汽车的开发一般来说，5T A**以上的负载属于重载A**型，重载A**可以完成具有大尺寸、高负荷特点的大型工件的加工、制造、搬运等操作。 重载A**和轻载A**的设计结构有很大不同，零件的选择标准也不同。 3.1.1、根据项目要求，对某公司近80%的主梁生产数据进行了统计分析，其中起重机业务订单主梁质量90%在10t以下，只有少数订单超出范围。 根据统计数据，A**被开发为载重10t的重型型。 3.1.2、基本参数：本项目重型A**型车身尺寸为8000mm、2500mm、1000mm（长、宽、高）; 车身底盘为轮式结构; 按前后双方向盘驱动总成、前后双万向轮方式布置; 方向盘驱动机构牵引伺服电机参数为3KW，48V，1500R min，19N·m; 转向伺服电机参数为15kw、48v、3000r/min、4.8n·m；a**最大运行速度为20mmin; 停车精度为20mm; 升降机构采用四点液压同步升降方式; 最大起升载荷为10t; 起升高度为120mm。 A**由250ah，48V磷酸铁锂电池供电。 3.1.3、安全性能设计：本项目在室外和室内均有实际使用，为了减少室外雨光变化对a**的干扰，导航方式为磁条导航。 a**车身装有接触式保护装置和非接触式保护装置，具有失速保护、执行机构安全保护、运行指示灯、声音报警提醒等功能。 a**承载着延伸到车身外侧的起重机大梁，安全性是一个非常重要的考核指标。 基于这一载荷特性，A**除了安装在车身周围的屏障雷达外，还开发了一种无线可拆卸的屏障雷达，可以灵活方便地放置在A**携带的主波束的前后端，发挥多重保护功能。 重载 A** 处理示意图如图 1 所示。 
图1 重载a**搬运示意图
3.2、门式起重机的智能化改造3.2.1、控制系统的升级已经不能满足起重机传统人工操作对智能制造系统的需求，必须对起重机的控制系统进行智能化升级。 门式起重机各机构精确定位的实施，精确定位是智能起重机的重要硬指标，运动控制系统定位精度的精度对智能化的实现有着严重的影响。 速度控制对于实现运动控制系统的快速、平稳和准确要求至关重要。 本项目中门式起重机的水平运动和垂直运动采用变频无级调速的方式，控制系统增加了电子防摇功能。 系统的水平和垂直运动采用高精度激光测距仪进行定位，结合速度曲线算法计算出最优运动速度曲线，实现各机构在10mm以内的定位精度。 控制方式的改变是单一的，利用遥控器控制就近的方式已经不能满足智能控制的需要，起重机在保留原有控制方式的基础上，增加了上位机调度系统的手动和自动两种控制方式，从而更好地满足智能控制的需要。 在自动控制模式下，任务可以通过上位机控制系统发出和接收，实现自动控制。 为了更好地了解和实时管理作业现场，在起重机及其周边地区安装了监控系统，实现了作业范围的安全可视化管理。 **通过网络集中传输到中控系统，管理人员不必亲临现场，在中控室可以对现场进行实时监控和管理，及时发现生产过程中的违规行为，提高管理效率。 计算机三维扫描系统的发展和应用，起重机大梁在**小车和自动涂装生产线中的位置不是固定的，门式起重机需要实现对主梁的准确抓取，控制系统需要科学、独立地找出起重机大梁重心的位置。 为此，开发了一种三维扫描控制系统，对主梁结构进行扫描分析，计算出合适的抓取位置，从而实现起重机对主梁的精确抓取。 5G通信技术的应用，利用5G高速、大带宽、低时延的特点，在中控室与起重机之间建立5G实时通信，使起重机与上位机控制系统之间的实时通信更加高速稳定。 3.2.2 机械零部件的升级改造 智能吊具的发展 根据项目需要开发了一款智能吊具，可自动检测被吊物体的尺寸信息，感知被吊物体的高度距离值、抓取后的倾斜角度、夹紧情况等信息。 吊具集机电、液压于一体，可实现无人化、信息化、自动化抓取。 负载防摇辅助机构的设计，吊具和起重机滚筒采用钢丝绳灵活连接。 在户外工作时，由于风荷载系数的影响，主梁在降低主梁的过程中会旋转。 为了解决这一问题，研制了一种轻载防摇摆机械辅助装置，使主梁在下降过程中更加稳定，减小了旋转角度范围。 智能门式起重机搬运示意图如图2所示。 
图2 智能门式起重机搬运示意图
3.3、大型金属结构件自动调整装置的设计与实现为了保证主梁在自动涂装生产线上能够按合适的姿态放置，研制了一种针对细长结构件的姿态调整装置，可以校正细长结构件的姿态，从而保证细长的结构件能够准确地落在自动涂装生产线的小车支撑面上， 从而满足站内中心偏差不大于20mm的量程值。 该装置由4组伺服电动推杆组成，通过PLC控制伺服电机驱动电动推杆实现运动，接受上部系统发送的主梁参数信息，自动运行并调整到合适的距离，使大型金属结构件自动调整。 大型金属结构件的自动调整装置如图3所示。 
图3 大型金属结构件自动调整装置示意图
3.4、大型金属结构件自动涂装生产线研发为了实现产品的智能化、绿色化涂装，本文开发了自动化涂装生产线。 全自动涂装生产线由6轴机器人、喷枪、伺服行走机构单元、伺服高精度钢丝输送单元等3套组成。 智能化自动涂装生产线可在30 40分钟内完成一台起重机主梁的涂装作业，比人工喷涂作业的涂装效率高出7 8倍以上。 自动化涂装生产线摒弃人工喷涂作业，从源头进行排放控制，使工作环境更清洁，减少工人的职业健康危害。 智能全自动涂装生产线采用恒压集中调漆混合系统和自动喷涂技术，使产品的喷涂精度更高，大大提高了产品的外观质量。 全自动涂装生产线已投入使用，实现了环保标准、生产效率和产品质量的提高。 全自动涂装生产线如图4所示。 
图4 全自动涂装生产线示意图
3.5、物体表面涂层质量智能检测系统过去，喷涂后主梁等金属结构件的质量检查是人工根据经验判断喷涂质量是否达标，人为主观因素占比很大，存在判断标准不统一的问题。 为此，本文开发了一种物体表面涂层质量智能检测系统，利用机器视觉识别技术实现大型金属结构件表面涂层质量的自动检测，并建立了涂层质量缺陷图形库和缺陷比对算法。 系统通过图像检测获取涂料的表面质量信息，并利用该算法更准确地识别、学习和习涂层缺陷，并持续迭代。 此外，采用机器视觉识别技术的智能表面涂层质检系统，可以不断降低检测成本，解决人工检测的误检、漏检等问题。 涂层质量的智能检测如图5所示。 
图5 涂层质量智能检测示意图
3.6、操作区域和操作流程的可视化管理为了更好地理解和掌握系统的状态和运行情况，采用数字孪生可视化管理，将数字孪生技术与可视化技术相结合，将过程数据与数字孪生模型的数据相结合，形成交互式、可视化的数字孪生环境。 传统管理往往依靠人力和经验，难以准确把握实际操作情况; 数字孪生可视化技术可以准确监控生产的各个环节，以图像、动画等形式呈现复杂的数据和信息，更直观地反映系统的各种状态和数据，实现数据的共享和应用，帮助管理者及时发现问题，并采取相应的措施加以解决，从而提高生产效率，降低运营成本。 该项目通过数字孪生可视化技术实现智能设备管理，为工厂的可持续发展提供了更多可能。 工厂区域的三维可视化如图 6 所示。 
图6 植物区域的三维可视化
3.7、远程运维服务、工业互联网平台管理为了快速掌握系统的运行状态并进行数据分析，金属结构件制造系统可以连接到远程运维服务工业互联网平台进行管理。 远程运维服务工业互联网平台是集网络技术、电子技术、现代通信技术、计算机软件等为一体的综合应用和管理平台，可大大提高生产水平和生产效率。 远程运维服务工业互联网平台采用图形化、数字化设计效果，利用移动终端实时掌握设备实时动态，管理方便快捷。 平台系统可以实时采集设备状态，进行数据挖掘和历史数据分析，并可以对即将发生的故障进行推理和判断，实现安全预警。 工业互联网平台远程运维服务架构如图7所示。 
图7 远程运维服务工业互联网平台架构图
3.8、主梁仓储WMS的建立仓库管理系统是一款用于物料管理的软件，集出入库业务、库存业务、调配业务、LED信息显示、运行状态监控、报警显示等相关功能于一体。 在实现数字化、信息化的智能制造系统之前，存在信息不透明、主梁存储不合理等问题。 金属结构件制造系统采用网络化、信息化的现代化管理措施，实现主梁库的数字化、智能化管理，建立主梁库的WMS管理系统。 系统可实现对主梁入库、出库、盘点、库存调配的批次分拣、库存盘点、质检程序的一体化管理，对主梁业务进行全方位有效管控和跟踪，解决过去存在的痛点。 四、结语起重机金属结构件智能制造系统通过系统探索、研发、集成，取得了良好的实践效果。 起重机金属结构件智能制造系统的成功实施，是大型金属结构件制造场景智能制造的一次突破，为企业全面实现数字化转型和建设积累了宝贵经验，对起重机行业乃至大型金属结构件制造行业具有很好的示范作用， 从单元级到系统级，对推动高端智能装备的发展，特别是工业制造业智能物流系统的发展具有重要意义。
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作者：广州起重机械 *** 高卓军 黄海山 刘杰 匡伟英 罗健康.
*： “起重和运输机械”。
物流文化愿景。
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