智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景

李福森 林衛(wèi)國 賈華龍 滕啟斯 張時光

北京科正平工程技術(shù)檢測研究有限公司 北京 100007

1 基本情況

起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于港口碼頭、工礦企業(yè)、航空航天、建筑工地、海洋開發(fā)等領(lǐng)域，是國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的重要部分，關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全、國家經(jīng)濟(jì)運行安全和社會穩(wěn)定。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級，起重機(jī)械在不斷向大型化、復(fù)雜化和智能化方向發(fā)展，制造規(guī)模和保有量亦持續(xù)增長。

據(jù)統(tǒng)計，截止到2022年底，我國現(xiàn)有起重機(jī)械約279萬臺（見圖1），起重機(jī)械的在用數(shù)量及產(chǎn)量均居于世界第一位。我國起重機(jī)不僅使用數(shù)量在不斷增長，同時也正在向大型化、高速化、自動化和智能化方向發(fā)展。

圖1 歷年起重機(jī)械數(shù)量統(tǒng)計圖

冶金行業(yè)是重工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分，需要大量的起重作業(yè)，如熔煉、鑄造、軋制等。傳統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)備存在一些局限性，如操作不靈活、效率低下、安全性較低等問題，智能起重機(jī)的應(yīng)用可有效地解決這些問題，提高生產(chǎn)效率，減少人員傷亡事故的發(fā)生，降低生產(chǎn)成本。同時，智能起重機(jī)還具有自適應(yīng)、自動化、智能化等特點，可根據(jù)具體的作業(yè)要求進(jìn)行智能調(diào)節(jié)和合理優(yōu)化，進(jìn)一步提高設(shè)備的運行穩(wěn)定性和精度，故智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用前景非常廣闊。

2 智能起重機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時代背景下，隨著智能制造的大力推進(jìn)，冶金行業(yè)智能起重機(jī)采用了大量人機(jī)交互、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、軟件工程、人工智能等現(xiàn)代新技術(shù)。然而，涉及到智能起重機(jī)安全的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)目前嚴(yán)重缺失，如防止電磁干擾的起重機(jī)電磁兼容要求、保證智能起重機(jī)運行安全的區(qū)域保護(hù)要求、有利于各種起重機(jī)數(shù)據(jù)共享的通訊協(xié)議規(guī)則、針對起重機(jī)遠(yuǎn)程操作的安全要求、確保起重機(jī)智能抓取安全的自動化吊具要求、保證智能起重機(jī)安全運行的系統(tǒng)本質(zhì)安全要求等，這些都應(yīng)盡快開展研究并著手制定。

智能起重機(jī)在智能車間中承擔(dān)著非常重要的智能物料搬運功能，這些起重機(jī)的長期安全可靠運行是極其重要的。目前，智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用已逐漸得到普及。一些大型鋼鐵企業(yè)和冶金公司紛紛引進(jìn)了智能起重機(jī)設(shè)備，并取得了良好效果。這些設(shè)備在生產(chǎn)中可以實現(xiàn)智能化的控制和調(diào)節(jié)，能夠更好地適應(yīng)生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。同時，智能起重機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作，減少人員的介入，降低勞動強(qiáng)度和人為誤操作的風(fēng)險?？傊?，智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀非常積極，未來還有很大的發(fā)展空間。

3 智能起重機(jī)發(fā)展趨勢

2016年～2020年，智能起重機(jī)械市場規(guī)模由499.1億元增長至1 087.2億元，年復(fù)合增長率達(dá)21.4%，其中移動式起重機(jī)年復(fù)合增長率較高達(dá)到340%，預(yù)計未來5年智能起重機(jī)械市場規(guī)模增長率將持續(xù)增高。智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用趨勢主要體現(xiàn)在以方面：

1）智能化程度不斷提高

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用將越來越智能化，具有更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。

2）多功能化趨勢明顯

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用將不再局限于單一的起重作業(yè)，而是將更加多功能化，具備更廣泛的應(yīng)用場景，如搬運、縮短生產(chǎn)周期等。

3）安全性得到提升

隨著智能起重機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其安全性得到了極大的提升。在冶金行業(yè)，智能起重機(jī)的應(yīng)用將大大減少人為因素對作業(yè)過程的影響，提高了作業(yè)的安全性。

4）節(jié)能降耗成為主流

在智能起重機(jī)應(yīng)用于冶金行業(yè)時，節(jié)能降耗是其不可忽視的優(yōu)勢。通過智能調(diào)節(jié)和優(yōu)化，可以最大限度地減少能源的消耗，大大降低了生產(chǎn)成本。

4 智能起重機(jī)關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)特征介紹及行業(yè)分析

4.1 智能起重機(jī)的定義

智能起重機(jī)亦稱為無人化起重機(jī)、全自動起重機(jī)、起重機(jī)器人等，可自動實現(xiàn)起重、裝卸、搬運、堆碼、存儲等作業(yè)，是具有對物料進(jìn)行識別、計量、跟蹤、管理并具備自動化、信息化、智能化功能的搬運機(jī)器人。起重機(jī)智能控制包含自動控制操作和智能監(jiān)控2個階段，具有自動檢測（貨物檢測、位置檢測等）、柔性吊具防搖擺、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)傳輸、任務(wù)調(diào)度、多機(jī)協(xié)同、人機(jī)交互等技術(shù)。智能起重機(jī)是通過傳感器和智能決策軟件代替人的體力勞動和腦力勞動，代替人的視覺、聽覺、肢體等感知器官，代替人的主觀判斷和決策，實現(xiàn)人—機(jī)—物的交互融合。在監(jiān)控的數(shù)據(jù)采集、傳遞、分析、反饋、決策、執(zhí)行全過程中，實現(xiàn)自動感知、自主分析、自我決策、自動執(zhí)行。

智能起重機(jī)械通過傳感器和智能決策軟件與起重機(jī)形成集成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)感知、分析、推理、決策和控制功能，從而實現(xiàn)人機(jī)物的交互融合，代替人工進(jìn)行感知、決策和執(zhí)行，使起重機(jī)能適應(yīng)工作環(huán)境的變化。其工作流程與通用起重機(jī)相同，但增加的智能控制能代替人的視覺、聽覺、肢體等感知器官，代替操作員判所作出對應(yīng)的動作，完成在起重機(jī)工作過程中的識別、感知操作和管理等。

4.2 智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的發(fā)展歷程

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的發(fā)展歷程可分為起步、智能化、多功能化和智能化升級等4個階段。

1）起步階段

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用起步較早，主要應(yīng)用于大型鋼廠的生產(chǎn)線，這些起重機(jī)主要用于搬運鋼材、鐵水等重物，能提升生產(chǎn)效率，主要特點是依靠人工進(jìn)行信息傳遞及行車操作。

2）自動化階段

隨著計算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，智能起重機(jī)開始具備自主學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，能根據(jù)不同工況自動調(diào)整吊臂位置和吊具，減少人為操作，提高生產(chǎn)效率和安全性。實現(xiàn)了精確的位置定位，起重機(jī)司機(jī)即可通過車載終端接收指令及查看信息。主要特點是庫區(qū)管理實現(xiàn)信息傳遞自動化起重機(jī)司機(jī)根據(jù)指令操控起重機(jī)。起重機(jī)司機(jī)能夠通過車載終端接收吊運指令，并根據(jù)指令提示進(jìn)行起重機(jī)的操作，實現(xiàn)了起重機(jī)上有人，地面無人的運行模式。

3）多功能化階段

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用開始多元化，不再局限于單一的起重作業(yè)，如智能起重機(jī)可通過裝載不同的吊具實現(xiàn)搬運、裝卸、傾倒、翻轉(zhuǎn)等多種操作，提高了生產(chǎn)的靈活性和效率。

4）智能化升級階段

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，智能起重機(jī)開始實現(xiàn)與其他設(shè)備的聯(lián)動和數(shù)據(jù)交互，通過實時數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率和安全性。同時，智能起重機(jī)逐漸向云端智能化發(fā)展，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和智能診斷，為冶金行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。

4.3 智能起重機(jī)的行業(yè)政策分析

2017年11月，《國務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)﹢先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》正式印發(fā)，成為我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，為開創(chuàng)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新局面指明了方向。近年來，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展蹄疾步穩(wěn)，成為加快制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和支撐經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要力量，為“中國智造2025”打下堅實基礎(chǔ)，也為智能起重機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。同時，我國在2021年標(biāo)準(zhǔn)化工作重點中明確啟動編制鋼鐵、電力裝備等行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南的工作，推動了行業(yè)智能制造的發(fā)展。

我國多個相關(guān)部門多次頒布智能起重機(jī)機(jī)械行業(yè)利好政策，從宏觀規(guī)劃、總體布局等方面進(jìn)一步推動智能起重機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，智能起重機(jī)械行業(yè)的紅利政策不斷出臺的情形釋放了行業(yè)發(fā)展的潛力，并推動行業(yè)朝著著智能化和數(shù)字化的深度趨勢發(fā)展。政策主要集中在工業(yè)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及人工智能等方面。在政策的持續(xù)驅(qū)動下，預(yù)計2023年～2025年智能起重機(jī)械行業(yè)將快速發(fā)展?？偨Y(jié)國家對智能起重機(jī)行業(yè)的政策主要包括以下方面：

1）支持政策

國家大力支持智能起重機(jī)的發(fā)展，鼓勵企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平。政府還出臺了一系列相關(guān)政策，如提供財政補(bǔ)貼、降低稅收負(fù)擔(dān)、優(yōu)化融資環(huán)境等，以促進(jìn)智能起重機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

2）安全監(jiān)管政策

智能起重機(jī)作為一種高風(fēng)險設(shè)備，其安全性至關(guān)重要。因此，政府對智能起重機(jī)的安全監(jiān)管非常重視，出臺了嚴(yán)格的法律法規(guī)，要求企業(yè)加強(qiáng)安全管理、建立完善的安全制度、加強(qiáng)人員培訓(xùn)等，確保智能起重機(jī)的安全運行。

3）環(huán)保政策

智能起重機(jī)的使用會產(chǎn)生一定的噪聲、振動和廢氣等，對環(huán)境造成一定的影響。因此，政府要求企業(yè)使用符合環(huán)保要求的智能起重機(jī)，加強(qiáng)環(huán)保管理，減少對環(huán)境的污染。

5 當(dāng)前國內(nèi)智能起重機(jī)存在的主要問題

智能起重機(jī)在操作控制過程中，不僅操作設(shè)備完成預(yù)定的工作流程，也是自主感知、隨時發(fā)現(xiàn)意外情況而予以應(yīng)對。智能化技術(shù)的重點不在于自動完成預(yù)定的動作或工藝流程，更重要的是代替人的感知。相對于其他設(shè)備，起重機(jī)智能化的難點在于智能化吊具、三維精確定位（多數(shù)定位及起重機(jī)本體，與柔性連接的吊具或物品之間）、故障安全技術(shù)（意外情況感知能力）這3方面的主要內(nèi)容，具體存在的問題和隱患如下：

1）設(shè)備自動化協(xié)同性不足

設(shè)備自動化設(shè)計主要考慮設(shè)備內(nèi)部需求，對外相對封閉，特別是部分高端設(shè)備由國外供應(yīng)商提供，存在核心技術(shù)保護(hù)和擴(kuò)展性、兼容性受限等制約因素，整個生產(chǎn)過程存在許多信息孤島。

2）企業(yè)信息化集成性不足

企業(yè)信息化建設(shè)和應(yīng)用水平參差不齊，部分企業(yè)雖然在采購、生產(chǎn)、銷售、研發(fā)等過程中普遍采用信息化技術(shù)，但各個環(huán)節(jié)信息資源難以實現(xiàn)縱向集成，導(dǎo)致企業(yè)整體管理水平難以提升。

3）智能化應(yīng)用處在初級階段

冶金行業(yè)總體處于“工業(yè) 3.0”普及階段，對以數(shù)字化智能化為主體的“工業(yè) 4.0”系統(tǒng)性復(fù)雜性認(rèn)識不足，片面地將高端數(shù)控設(shè)備自動化理解為智能化，相應(yīng)配套軟件系統(tǒng)開發(fā)利用滯后。數(shù)字化轉(zhuǎn)型存在諸多制約因素，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化起步較晚，缺乏權(quán)威的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)格式差異大，兼容性不足。數(shù)據(jù)安全保障能力不足，企業(yè)顧慮較大。創(chuàng)新能力較低，信息基礎(chǔ)設(shè)施和制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)相對薄弱。認(rèn)知能力和經(jīng)營管理水平有待提高，對數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來的管理扁平化、生產(chǎn)經(jīng)營透明化等轉(zhuǎn)變存在一定抵觸心理和較強(qiáng)的畏難情緒。

4）法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)相對滯后

目前，起重機(jī)在我國被列入特種設(shè)備予以監(jiān)管，但尚未對起重機(jī)的自動化、智能化制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，各地特檢部門無法可依，僅按現(xiàn)有的條例檢查傳統(tǒng)的安全措施，自動化、智能化功能多由業(yè)主根據(jù)技術(shù)協(xié)議自行驗收，其智能化性能是否可靠、安全無從判定，不僅帶來眾多隱患，也嚴(yán)重滯后技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。綜合以上總結(jié)，當(dāng)前智能起重機(jī)存在的主要問題包括：

①技術(shù)難題 智能化和自動化是智能起重機(jī)的重要特點，但是在實現(xiàn)過程中存在許多技術(shù)難題，如傳感器的精度、機(jī)器學(xué)習(xí)的算法等。

②安全隱患 智能起重機(jī)在操作過程中，存在一定的安全隱患，例如機(jī)器故障、操作失誤等問題，需要加強(qiáng)安全管理和培訓(xùn)。

③成本高昂 智能起重機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致產(chǎn)品價格較貴，限制了其普及和應(yīng)用范圍。

④應(yīng)用場景受限 智能起重機(jī)的應(yīng)用場景主要集中在大型工業(yè)企業(yè)和重要基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，其他領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限。

⑤缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化 智能起重機(jī)行業(yè)發(fā)展較為快速，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還未完善，導(dǎo)致產(chǎn)品之間存在差異和不同等問題。

6 智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用前景展望

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用已取得了顯著成效，其應(yīng)用前景可觀。首先，智能起重機(jī)可以實現(xiàn)安全、高效、準(zhǔn)確、節(jié)能的物料搬運作業(yè)，大大提高冶金行業(yè)的作業(yè)效率，可為冶金行業(yè)的發(fā)展帶來巨大利益。其次，由于智能起重機(jī)具有自動化控制功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和智能控制，使冶金行業(yè)的安全作業(yè)得到保障，避免各種意外事故的發(fā)生，從而實現(xiàn)安全可靠的工作環(huán)境。再次，智能起重機(jī)的應(yīng)用可以實現(xiàn)實時采集和分析作業(yè)情況，能夠更好地管理和控制冶金行業(yè)的生產(chǎn)運行，提高冶金行業(yè)的監(jiān)督管理水平，實現(xiàn)智能化管理。最后，智能起重機(jī)的應(yīng)用可以提高冶金行業(yè)的生產(chǎn)精度，減少損失，從而實現(xiàn)更高的效率，也可以大大改善冶金行業(yè)的工作環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效益。

6.1 提高生產(chǎn)效率與安全性

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用能夠顯著提高生產(chǎn)效率和安全性。首先，通過自動化技術(shù)實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，可減少人工操作的誤差和風(fēng)險。隨著現(xiàn)代冶金生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的手動操作已無法滿足生產(chǎn)需求。智能起重機(jī)采用先進(jìn)的傳感器、控制和監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲取物料的參數(shù)和狀態(tài)，并進(jìn)行精確控制。這不僅提高了操作的準(zhǔn)確性，還能在關(guān)鍵時刻及時做出響應(yīng)，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

另外，智能起重機(jī)還可通過數(shù)據(jù)采集和分析實現(xiàn)故障預(yù)測和預(yù)防，這種智能化維護(hù)和管理方式不僅提高了安全性，還大大降低了維護(hù)成本和生產(chǎn)停機(jī)時間，為冶金企業(yè)提供了更高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。通過監(jiān)測起重機(jī)的工作狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，預(yù)測出潛在的故障并提前采取措施進(jìn)行維修和保養(yǎng)，從而避免了因故障而造成的生產(chǎn)停工和安全事故。

6.2 優(yōu)化資源利用與能源節(jié)約

智能起重機(jī)的應(yīng)用有助于優(yōu)化資源利用和能源節(jié)約。起重機(jī)在冶金行業(yè)中的使用頻率較高，對能源的需求很大；而智能起重機(jī)能夠通過智能控制系統(tǒng)和節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)對起重機(jī)的能源消耗進(jìn)行優(yōu)化和管理。其中，智能控制系統(tǒng)能根據(jù)物料的質(zhì)量和距離實時調(diào)整起重機(jī)的工作參數(shù)，以最小的能量完成任務(wù)。智能起重機(jī)還可通過智能感知設(shè)備和人工智能算法，準(zhǔn)確預(yù)測物料的質(zhì)量和運行軌跡，從而降低能源的浪費，確保起重機(jī)的工作更加高效和精確。

另外，智能起重機(jī)還可通過數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化調(diào)度實現(xiàn)資源的合理利用?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)，起重機(jī)不僅能根據(jù)冶金生產(chǎn)計劃進(jìn)行智能調(diào)度，還能通過分析歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測的信息，為冶金企業(yè)提供運行建議，優(yōu)化整個生產(chǎn)過程的資源利用效率，從而降低生產(chǎn)成本和能源消耗。

6.3 智能起重機(jī)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合

智能起重機(jī)在冶金行業(yè)的應(yīng)用與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合相關(guān)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是將信息技術(shù)與制造業(yè)相結(jié)合，為制造企業(yè)提供智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的解決方案。冶金行業(yè)作為傳統(tǒng)制造業(yè)的重要組成部分，需要借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的力量實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

智能起重機(jī)作為冶金企業(yè)的核心設(shè)備之一，可以通過與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互通，通過云平臺存儲和處理起重機(jī)的運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，能夠準(zhǔn)確分析起重機(jī)的工作狀態(tài)和性能，優(yōu)化運行策略，并提供冶金企業(yè)的運行決策依據(jù)。

此外，智能起重機(jī)還能與其他生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)無縫連接，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)流程和全局協(xié)同。例如，智能起重機(jī)可以與冶金熔煉設(shè)備、物流輸送系統(tǒng)等相互配合，實現(xiàn)整個冶金生產(chǎn)線的智能化運行。這種整合和協(xié)同的優(yōu)勢，將進(jìn)一步提高冶金生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)冶金行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。

綜上所述，冶金行業(yè)的生產(chǎn)過程需要大量的起重作業(yè)，智能起重機(jī)可以提高生產(chǎn)效率、降低工人勞動強(qiáng)度和事故風(fēng)險。同時，智能起重機(jī)還可實現(xiàn)自動化控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)等功能，提高設(shè)備的智能化水平。隨著冶金行業(yè)的推廣和智能化水平的提高，智能起重機(jī)在該行業(yè)的應(yīng)用前景將會越來越廣闊。