經(jīng)濟的發(fā)展趨勢已經(jīng)席卷全球，無論是發(fā)達國家還是非發(fā)達國家，相互間的合作交流越來越多，涉及到方方面面。然而，經(jīng)濟的快速發(fā)展對一個國家的貿(mào)易運輸能力提出了新的要求，不同的國家遍布世界各地，相互間的貨運往來主要以海運為主。起重機械作為重要的裝卸工具，經(jīng)濟的快速的發(fā)展迫使其對起重機械的裝載能力、作業(yè)能力和安全性能提出了很高的要求。

    起重機械一般應(yīng)用于特殊的場合，如基建場地、港口、建設(shè)工作和一些大型過程中。由于其主要構(gòu)成部分都是金屬，自身載重量比較大，在作業(yè)時，吊重物在空中大范圍移動。起重機械承受自身載荷與吊重載荷長期作業(yè)，使其金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致起重機存在安全隱患容易發(fā)生故障，因此要定期的對其進行維護。比較有效的檢測手段

金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測，能夠在一定程度上有效了解起重機械金屬結(jié)構(gòu)的疲勞情況，通過對檢測數(shù)據(jù)的分析可以得知起重機械的工作。然而，這種相對傳統(tǒng)的檢測方法，只是將一些檢測傳感器安裝在特定的檢測位置，讓起重機械運行一段時間記錄檢測數(shù)據(jù)，再對檢測數(shù)據(jù)進行分析；這種形式的檢測并不能實時掌握起重機械的工作動態(tài)，存在很大的安全隱患。因此為了能夠?qū)崟r的了解起重機械的運行狀況，促使相關(guān)科研單位和機構(gòu)開始展開對起重機械全性能監(jiān)控的研究。

    為了促使更多的科研機構(gòu)投入對起重機械安全作業(yè)的研究，國家技術(shù)監(jiān)督局也不斷推出新的行業(yè)設(shè)計標準規(guī)范，特別是在 2010 年國務(wù)院 2010[23]號文件的出臺，督促要在大型起重機械上安裝先進技術(shù)裝備，以保障對生產(chǎn)過程的安全監(jiān)控和管理。在 2012 年開始推行的國標文件《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中，明確規(guī)定了不同類型、不同行業(yè)的起重機在生產(chǎn)作業(yè)過程中必須要監(jiān)視的數(shù)據(jù)，比如起重機的作業(yè)起重量、起升力矩、各機構(gòu)的限位保護器狀態(tài)等等。該文件的推出，為起重機安全監(jiān)控研究方向提供了重要的理論指導(dǎo)和參考依據(jù)。

    相比于現(xiàn)在的起重機械檢測手段，傳統(tǒng)的檢測有些用戶會自己組織檢測，但是大部分用戶會委托專門的檢測機構(gòu)進行檢測。在露天作業(yè)檢測環(huán)境一般比較惡劣，檢測人員每次檢測都需要在高處進行安裝傳感器等作業(yè)，而且需要起重機運轉(zhuǎn)起來才能采集到傳感器數(shù)據(jù)，檢測人員的安全得不到有效保障。這種定期的全面檢修工作，只能在專門的機構(gòu)檢測以后才能判斷當(dāng)前的起重機械是否能夠繼續(xù)工作，或者有哪些位置需要維護。為了能夠使管理人員實時的了解起重機械的運行狀況，越來越多的監(jiān)控系統(tǒng)研究開始轉(zhuǎn)向?qū)崟r在線、遠程監(jiān)控。

現(xiàn)今無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，促使檢測技術(shù)選擇的多元化，目前主要流行的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分為遠程通信和近距離通信。近距離通信較為常用的有藍牙技術(shù)（Bluetooth）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WSN）、局域網(wǎng)技術(shù)（Wi Fi）、射頻技術(shù)（RFID）等，根據(jù)系統(tǒng)對功耗、傳輸距和傳輸速度的要求，可以選擇不同類型的無線近距離通信方案。遠程無線技術(shù)主要有碼分多址技術(shù)（CDMA）、通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)、全球移動通信系統(tǒng)技術(shù)（GSM）等，遠程通信可以利用信用的公共網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享且不受思域的限制。然而在實際的應(yīng)用中，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)依然面臨很多問題需要解決，過程應(yīng)用中主要面臨如下兩個問題[。

1， 無線傳輸?shù)目垢蓴_性能。起重機械的作業(yè)環(huán)境一般比較復(fù)雜，在采用無線方式進行數(shù)據(jù)通信時，容易受到周圍環(huán)境的干擾，比如天氣因素、噪聲波、電磁波等。起重機械自身的振動也會影響數(shù)據(jù)的傳輸，因此如何減少無線輸出的抗干擾性顯得尤為重要。

2， 傳輸距離的局限性。由于近距離傳輸技術(shù)本身的局限性，使其傳輸距離存在一定的局限性。在實際的起重機械檢測應(yīng)用中，因為起重機械本身的金屬結(jié)構(gòu)且金屬層比較厚，在安裝無線傳輸模塊時要充分考慮到信號的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，節(jié)點信號是否能夠穿透或者繞射過金屬的阻擋。傳感器節(jié)點大都采用電池供電，發(fā)射功率是否能夠保證數(shù)據(jù)安裝正確的轉(zhuǎn)發(fā)路徑傳輸，將會是系統(tǒng)研究中必須考慮的一個重要問題。開展起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)研究的意義，可以實現(xiàn)飛機的黑匣子一樣的功能，記錄起重機作業(yè)過程中的一些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)和操作，如果起重機在作業(yè)時發(fā)生故障或者出現(xiàn)意外事故，可以通過分析該監(jiān)控系統(tǒng)中記錄的數(shù)據(jù)，快速準確的找到事故原因。同時，對駕駛員來說也很重要，司機室駕駛員離地面交高，作業(yè)時駕駛員無法觀察到地面的環(huán)境，通過安全監(jiān)控系統(tǒng)的信息顯示，駕駛員可以在司機室準確的掌握起重機周圍的環(huán)境。由以上分析可知，開展對起重機械安全運行的研究將會有很多需要解決的實際問題，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展也會帶來一定的實用價值和社會價值。因為監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，一方面會給用戶和生產(chǎn)廠家?guī)黹L久的利益，從而不斷促進社會經(jīng)濟的發(fā)展；另一方面，也為起重機械領(lǐng)域的工作人員的安全提供了有效的保障。對于起重機械的制造廠家來說，通過用戶反饋機械作業(yè)中存在的問題，能夠為后續(xù)的機械設(shè)備的進一步改進提供有效的理論依據(jù)，不斷促進監(jiān)控系統(tǒng)的不斷升級改進。

    國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    鑒于起重機械的特殊性，其是否能夠安全穩(wěn)定的運行將直接影響到用戶的切身利益和起重機作業(yè)人員的切身安全。起重機械在工作過程中存在許多不確定性，主要有以下幾個特點

1，起重機械的工作流程沒有特定的規(guī)律可循。起重機械在工作時，不是簡單的把貨物提起放下，為了準確安全的完成吊裝任務(wù)，要頻繁的執(zhí)行起升、變幅、回轉(zhuǎn)等動作。因此，起重機械的工作周期沒有確定性，在實際作業(yè)時差別很大，沒有固定的模式可以遵循。

   2，市場上的起重機械檢測系統(tǒng)，功能往往比較單一。如今是起重機械檢測系統(tǒng)，大都只是通過安裝一些現(xiàn)場傳感器，然后將監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示出來，提供給工作人員查看。然而，對于起重機械的管理人員來說，當(dāng)需要了解起重機現(xiàn)場作業(yè)情況時，不能隨時方便的查看整體運行狀況。而且通過安裝現(xiàn)場傳感器檢測到的一些測試樣本數(shù)據(jù)，無法為起重機械運行情況分析和維護指導(dǎo)提供較為有效的數(shù)據(jù)。

3，保障安全運行是核心前提。據(jù)調(diào)查顯示，每年都會有起重機械作業(yè)事故的發(fā)生，而且大都會造成人員傷亡。在 2012 年，江蘇南通某重工企業(yè)發(fā)生的一起門座式起重機事故中，吊具直接墜落砸在事故遇難者身上；2013 年青島某地鐵施工現(xiàn)場發(fā)生一起門機傾倒事故，多輛汽車被當(dāng)成砸毀；2014 年 12 月南京某地鐵施工現(xiàn)場發(fā)生一起汽車吊傾倒事故，致使兩人死亡，三人受傷。由此可知，一旦起重機機械設(shè)備發(fā)生意外，將會帶來很大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，其安全運行的重要性不容忽視。

    起重機械事故的發(fā)生原因有很多種，比較重要的原因是起重機工作人員不能按照操作要求嚴格的執(zhí)行，缺乏理論認知。違規(guī)操作主要分為以下幾種情況

   1、疏于維護：對操作規(guī)定的要求不能很好的落實，缺乏足夠的安全意識；

     2、隨意操作行走：沒有按照指定的運行軌跡操作機械，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)發(fā)生振動甚至撞；

3、違規(guī)操作力矩限制器：力矩限制器主要是通過采集起重量、臂架仰角來計算起升力矩是否超過最大起升力矩，其對起重機的保護作用有很大幫助，切不可違規(guī)操作；

4、超負荷運行：對于每一臺起重機其額定載荷是固定的，作業(yè)時不可超載運行，超載運行必然會容易引發(fā)事故。起重機械的操作過程缺乏有效的管理，其沒有像飛機那樣帶有黑匣子功能，無法追蹤事故發(fā)生的主要原因，因此致使責(zé)任的追究和事故原因的分析不能有效的開展。此外，起重機械設(shè)備因為發(fā)生故障而不能及時的預(yù)警也是缺乏管理的重要表現(xiàn)。在早起，國內(nèi)外的一些科研機構(gòu)也投入大量的時間研究起重機械設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)，但是由于早期科技水平相對較低，系統(tǒng)使用的芯片、元件和軟件算法等性能較低，導(dǎo)致傳感器采集的數(shù)據(jù)準確性不高；存儲技術(shù)的局限性，致使重要的歷史數(shù)據(jù)丟失，無法對起重機械的性能指標進行有效的分析。因此，現(xiàn)階段的研究重點要集中在監(jiān)控參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)的實時性分析、歷史參數(shù)的保存以及工作過程的監(jiān)管等。一旦配備了具備此功能的安全監(jiān)控系統(tǒng)，便可以實現(xiàn)對起重機械的安全運行進行有效的監(jiān)管。

   如今監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測方法都得到了全面的提高，主要歸功于微電子機技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展。監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的有線方式逐步轉(zhuǎn)向無線原始的有線監(jiān)測技術(shù)因不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，使得數(shù)據(jù)無法共享，限制了檢測技術(shù)的發(fā)展；而組網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)可以通過無線傳輸手段，使監(jiān)測數(shù)據(jù)可以傳輸更遠，從以前的幾十米擴展到現(xiàn)在的全國范圍內(nèi)乃至全世界范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾技術(shù)也在不斷提高，為數(shù)據(jù)的遠程實時監(jiān)測提供了保障。國內(nèi)對起重機監(jiān)測系統(tǒng)的研究始于上世紀八十年代重工業(yè)的飛速發(fā)展，促使起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究不斷涌現(xiàn)出技術(shù)較為先進的新生代力量。同時，國家一些相關(guān)的監(jiān)管單位，定期舉行行業(yè)大會分析討論起重機械行業(yè)的發(fā)展趨勢，交流最新的科研信息。起重機事故的頻發(fā)和國家相關(guān)部門的強力推廣，使許多科技公司、科研機構(gòu)和高校不斷的投入到起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究中，各自推出了自己的科技成果。

     鄭州愷德爾生產(chǎn)的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備運行的安全實時監(jiān)控，從而避免了起重機作業(yè)人員因誤操作而發(fā)生的安全事故。該系統(tǒng)主要由安全監(jiān)控、信息記錄和遠程控制功能模塊組成，可以實現(xiàn)對故障的診斷功能，并對潛在安全隱患做出預(yù)警，從而為大型起重機的安全運行進行有效管理?？呻S時查看歷史數(shù)據(jù)了解起重機械的運行狀況；同時歷史據(jù)的記錄也使得故障原因分析和事故問責(zé)有可靠的參考依據(jù)。

    上海交通大學(xué)采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)了一套較為先進的監(jiān)控系統(tǒng)將起重機械上的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)發(fā)送到起重機上和中央控制室。該監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，使得對起重機的在線監(jiān)測技術(shù)有了進一步的飛躍，在無線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上還可以通過組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場多臺起重機的同時在線監(jiān)測。

     中船重工信息科技有限公司最近新推出一套起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)精度非常高，且故障診斷功能可提供遠程支持，對起重機的各個機構(gòu)的姿態(tài)（包括變幅、回轉(zhuǎn)、大車位置等等）數(shù)據(jù)可精確測量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)以及衛(wèi)星定位等尖端技術(shù)的使用，使得起重機械的監(jiān)測數(shù)據(jù)完全能夠成為實時在線監(jiān)測，從而為起重機械的安全作業(yè)提供了可靠的保障。此外，該系統(tǒng)還具有三維防碰撞預(yù)警功能，提供運動下的實時報警。

     國外在起重機監(jiān)測方面的研究起步較早，企業(yè)各自研發(fā)自己的安全監(jiān)控裝置，技術(shù)水平相對國內(nèi)來說比較先進，而且其所采用的監(jiān)測技術(shù)手段不僅代表了行業(yè)的研究動態(tài)，也指明了未來研究的重點方向和技術(shù)標桿。

    早在 20 世紀 60 年代末期，美國便成立了機械故障研究小組，展開對機械設(shè)備安全運行監(jiān)測的研究；英國稍早些。接著不久，美國賓利、惠普、亞特蘭大科學(xué)儀器等公司，各自組成了檢測技術(shù)研究中心，由于其技術(shù)水平和研發(fā)能力比較高，研發(fā)的產(chǎn)品具有很強的市場競爭優(yōu)勢。

     日本作為精密儀器制造的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，自然也不甘落后，其中安川公司把監(jiān)測系統(tǒng)研究的重點集中在港口集裝箱裝卸設(shè)備。安川公司結(jié)合理論實際的管理需求和起重機械設(shè)備的安全監(jiān)控的重要性，研發(fā)了一套比較綜合的監(jiān)測系統(tǒng)，即將起重機作業(yè)監(jiān)測和企業(yè)的生產(chǎn)管理結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和企業(yè)管理的無縫對接。該系統(tǒng)使得作業(yè)現(xiàn)場無需分配太多工作人員參與起重機作業(yè)的管理和生產(chǎn)管理，為實現(xiàn)無人化監(jiān)管提供了重要參考。

    法國在起重機安全監(jiān)控技術(shù)的研究中，投入了大量的財力，促使科研人員不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。法國在塔機的安全監(jiān)控系統(tǒng)中使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在計算機技術(shù)、人機交互技術(shù)以及機械保養(yǎng)等先進的技術(shù)上去的了很大突破，監(jiān)控系統(tǒng)可記錄的運行參數(shù)超過五十多種，用于分析處理的故障數(shù)據(jù)超過二十種。此外，系統(tǒng)還存儲一些與機械使用壽命相關(guān)的重要數(shù)據(jù)。盡管國外的監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)相對比較先進和成熟、性能較安全可靠，但是在市場上相比于國內(nèi)產(chǎn)品其價格昂貴，且技術(shù)比較封鎖，不便后期維護。因此，國內(nèi)的起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)需要技術(shù)上不斷創(chuàng)新、性能上不斷完善、質(zhì)量服務(wù)上不斷提高，努力使自己的產(chǎn)品逐步與世界水平接軌。