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智能吊装:开启高效造船时代新纪元

去年9月,国务院正式发布《关于促进海运业健康发展的若干意见》,同时工业和信息化部公布首批符合《船舶行业规范条件》的企业名单,这些利好消息,都在很大程度上提振了饱受“产能过剩"之困、仍未走出低谷的造船行业的信心。然而,仅有政策支持和引导还不够,对于造船企业来说,至重要的是抓住转型升级的机遇,苦练内功,切实增强竞争力。

船企要练好“内功",不容忽视的一点,便是生产能力的提升。船坞是船企至紧俏的生产资源,搭载作业的安全与效率一直是造船企业关注的焦点,也是其能力的体现。作为造船业等传统工业和制造业不可或缺的大型基础设施之一,起重机械面临着安全管理和智能化升级的双重需求。如何高效、有序地满足这样的需求?业内专家对此指出,物联网、大数据和云平台等新兴技术的应用或许能够给出令人满意的答案。

数字协同,示范工程翻开智能化新篇

“智能"如今是个热门词汇,在激烈的市场竞争中,甚至有言必称“智能"之势。在此背景下,北京中船信息科技有限公司正在为中国船舶工业集团公司下属某船企实施建设的起重机械安全监控管理系统目示范工程应势而生,目前已经进入收尾阶段,有望在船企乃至其他工业企业中得到推广。

据中船信息相关负责人介绍,“船信"起重机械安全监控管理系统基于高精度卫星定位、物联网、云计算等支撑技术,旨在实现起重机械智能吊装,在国内实现了三个“首 次",即对起重机械上分散的运动控制系统及姿态测量系统统一集成和集中显示预警;支持满足国 家信息安全保密等级保护要求的起重机械安全监控无线移动应用;实现基于地理位置信息、运动信息和姿态信息吊机群实时三维立体显示。

因此,“船信"起重机械安全监控管理系统可具备起重机全吊姿态测量、起重机群远程综合监控、三维碰撞预警、数字化协同吊装和运行维护管理等功能。其中,不得不说的当属体现物联与智能的数字协同吊装。面对造船生产质量与生产时效双重高要求,多台起重机械协同作业将是造船行业发展的必然趋势。如何进行起重机群协同工作管理,也将是造船企业不得不面对的一道难题。“船信"起重机械安全监控管理系统正是要着手解决这一难题,通过应用时下先进技术,实现正在作业的多台起重机械精准位置定位和姿态测量,获取机群单机实时位置和工作姿态,根据实时数据远程指挥调整作业操作程序和操作状态。

这些功能和优势足以证明,“船信"起重机械安全监控管理系统完全可以被贴上“智能"标签。“我们所强调的就是智能吊装。对船企来说,安全与效率都是重要的,在保证安全的基础上,我们认为吊装应该朝着智能化方向进一步发展,以便提高工作效率,节省成本,包括人力成本、物力成本。下一步,我们会将吊装作业与生产计划相结合,实现吊装作业路径规划,促进我国造船行业信息化、智能化水平的提高,为实现“智慧造船"提供技术支撑。"中船信息相关负责人表示。

无线物联,基于新技术打造信控平台

时下,物联网等新兴技术已渗透至各行各业,包括造船行业。物联网这个基于互联网、传统电信网等信息承载体,实现对象之间互联互通的网络的出现,将破除传统造船行业的种种弊端,大大提高生产效率、经济效益和安全性。

由于造船企业生产环境复杂,如办公楼、厂房、船坞、码头等呈现水平和垂直生产空间的复杂结构,特别是在一些老厂区,有线网络部署困难,难以实现通讯。相较而言,无线网安装便捷、使用灵活、经济性强、易于扩展的优势尤为明显。将无线网等新兴技术引入船企已成为其打造现代造船模式的必然选择之一,无线网络技术将有力推动船企的智能化、数字化和信息化,有力保障生产安全,加强生产协作,提升生产效率。

中船信息在项目建设中依据船厂厂区特点,设计实施了无线组网安全方案,在保证网络安全的前提下,实现起重机械与安全监控管理系统的“无线连接",为吊装作业的安全监控与智能管理奠定了重要基础。

“事实上,起重机械安全监控管理系统建设的核心是我们自研的信控平台。"中船信息相关负责人表示,在整个系统结构中,信控平台是基础,并且非常重要。那么这个“信控平台"的核心作用体现在哪里?该负责人介绍说:“对下,信控平台联通传感器、卫星天线和接收机等现场设备,采集起重机械运行参数和卫星参数,获取视频图像。对上,信控平台面向起重作业人员、安全管理人员和生产管理人员,实现数字化精准吊装、全吊姿态测量、故障预警和生产调度指挥等。我们通过云计算技术来解析采集数据,将静态测量精度控制在毫米级,动态测量精度控制在厘米级,为系统面向的三类工作人员实时输出有价值的信息。"

当然,信控平台的价值不仅仅在于此。“通用管理平台"的定位充分说明了它在造船行业未来的应用潜力。作为先进离散制造业的典型,造船作业涉及的生产面非常广,除起重机吊装作业,还包括运输作业、焊接作业等。而信控平台可以根据不同业务管理需求,定制开发上层应用,实现系统平台化管理,避免系统部署繁杂重复、管理操作不便,从根本上提升工作管理效率。

据了解,在围绕“信控平台"这一核心建设的“船信"起重机械安全监控管理系统上,中船信息已获得了五项相关专利,同时,正在进行其他作业管理系统的开发与建设,努力将这一先进技术的成功模式向能源管理、焊接管理等领域复制升级。

打破传统,实施三维建模与精准定位

曾有造船行业安全专家说过:“如果船企能把起重作业的安全工作做好,那么这个企业的安全工作就做好了一半"。对于起重作业安全,船企自然不敢懈怠,并为此采取了多重保障措施。一些船企在起重作业中从“制度、人员、机(设备)、方法、环境"等多方面着手,来预防控制起重作业事故风险。不过整体而言,这些措施比较传统,也存在一些不足。

以起重作业中的碰撞事故预警和监控为例,一些船企以往采取的是较为原始的方式,如设置一个木桩作为障碍物,来防止碰撞。但是依靠这种方式,操作人员只有在设备碰上障碍物时才能确定危险距离,在此之前难以对此形成准确判断。另一种方式稍微高 级一些,那就是红外距离感应。不过在室外的环境下,由于光线的原因,这种方式很多时候并不灵敏,从而会存在一些潜在的危险。

可以说,在过去的起重作业中,安全监控方面是存在一定空白的,不过在起重机械安全监控管理系统派上用场之后,情况将有所不同。该系统的一大功能,就是三维碰撞预警。通过建立厂区船坞、起重机、吊物的三维模型,计算空间距离,该系统能够进行运动状态下实时报警,避免碰撞事故发生。

“如果通过三维技术对起重机械精准建模,配合卫星的精准定位,理论上确实可以360度无死角地定位起重作业场景,随着技术的发展,这也将是未来深入研究的一个方向。"中船信息相关技术人员介绍说,目前其研发的起重机械安全监控管理系统已经可以实现龙门吊与龙门吊之间、龙门吊与门座吊之间、两座门座吊之间的三维碰撞预警。

  不难发现,相较于传统做法,起重机械安全监控管理系统的一大进步,就是充分利用了现代化信息技术手段,包括物联网、大数据、云计算等时下新技术。业内人士认为,起重机械安全监控仅是造船企业信息化过程中的一部分,但却极其重要。对造船企业而言,建设有行业特色的造船企业信息化系统,将更好地促进企业自身及整个行业持续、健康、快速发展。

  迎合需求,以行业发展及政策为导向

  众所周知,在造船企业以及其他工业企业的生产现场,大型龙门吊等起重机械是不可或缺的基础设施。这些起重机械实现了过去无法实现的大型物件的吊装和移动,如重型船舶的分段组装,化工反应塔的整体吊装、体育场馆钢屋架的整体吊装等,在现代化生产当中正扮演着相当重要的角色。不过由于起重机械往往具有结构庞大、机构复杂,所吊运的重物多种多样,运行空间范围较大,作业环境复杂等特点,一些问题也相伴而来,其中首要的,便是作业安全问题。

我国船舶工业典型事故统计表明,起重伤害事故数量位居前列。尽管近年来,起重机械生产安全事故逐年下降,安全生产状况总体保持稳定甚至趋于好转,但形势依然十分严峻,诸多问题仍然存在,如操控精度与操作度低、协同性差、事故频发、无法溯源、维护效率低下、工序复杂等。对造船企业及其他工业企业来说,安全生产事关重大,一旦发生事故,一方面会造成人员的伤亡,另一方面则会导致重大经济损失。为此,对起重机械这一国 家重点监管的大型特种设备,通过完善、成熟的技术手段保障其安全高效运行的需求十分迫切。

目前在国 家层面,相关的政策措施已经出台。国 家质检总局和国 家安全监管总局先后联合印发《大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案》和《关于在部分大型起重机械推广应用安全监控管理系统及继续深入开展示范试点工作的通知》等通知,要求以生产单位和使用单位为主体,提高大型起重机械本质安全性能,促进产品升级换代,防范事故发生,保障从业人员和公众的生命安全。根据大型起重机械安装安全监控管理系统时间推进表,截至2015年年底,所有大型设备都必须安装安全监控管理系统。

正是早早地看到了这样的需求,中船信息从2009年便开始研发安全监控管理系统。“通过起重机械安全监控系统建设,我们将完成三项重要工作。"中船信息相关技术人员介绍说,首先,是完成龙门吊安全监控管理系统升级,包括电气改造、监控软件升级、起重机运行安全测控机安装;其次,进行门座吊定位和测姿设备安装;至后,建设地面远程监控中心。

据了解,中船信息研发的“船信"起重机械安全监控管理系统首 次将北斗/GPS卫星定位与成熟的自动化、信息化技术相结合,通过分布式数据采集,对起重机运行安全进行实时监控。该系统不仅覆盖了《起重机械安全管理系统 GB/T28264-2012 》定义的监控管理系统结构模式,还具备远程集中监控、碰撞预警、协同吊装等功能,从而能够实现保障设备运行安全、提高吊装作业效率、降低设备用能消耗等预期目标。

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