基于虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)鋼絲繩科學管理

1、基于虛擬儀器技術(shù) 實現(xiàn)鋼絲繩科學管理推進上海港口生產(chǎn)安全、節(jié)能節(jié)支的調(diào)查和建議目錄：一、鋼絲繩在線科學檢測儀器的現(xiàn)狀二、上海港應(yīng)用上海MTC的情況三、港口在線科學檢測鋼絲繩的推廣難度四、科學管理鋼絲繩的解決方案五、目前可做工作的建議和請示上海國際港務(wù)（集團）股份有限公司 技術(shù)處二一年十二月二十日基于虛擬儀器技術(shù) 實現(xiàn)鋼絲繩科學管理推進上海港生產(chǎn)安全節(jié)能節(jié)支的調(diào)查和建議尊敬的集團公司領(lǐng)導：2010年，上海港已經(jīng)成為世界第一大港，港口的起重機越來越多。其中的鋼絲繩工作環(huán)境惡劣，長期處于連續(xù)運行狀態(tài)，依靠人工檢查，安全隱患很大；定期更換，易造成浪費；唯有應(yīng)用科學方法才能真正保證生產(chǎn)安全和節(jié)能節(jié)支。一

2、、鋼絲繩在線檢測儀器的現(xiàn)狀1百年難題鋼絲繩在線檢測是一個百年未過關(guān)的難題，自從1906年南非發(fā)明了第一臺電磁鋼絲繩檢測儀后，科學家一直在苦苦探索。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，近十余年來，人們確認應(yīng)用漏磁和磁通原理是檢測鐵磁性鋼絲繩的最好方法。2偏門專業(yè)鋼絲繩在線檢測又是一個十分偏門的專業(yè)，中國唯有華中理工設(shè)置了該專業(yè)的博士站。由于各種設(shè)備起重機選用鋼絲繩的安全系數(shù)很大，加之鋼絲繩的生產(chǎn)制造成本不高，世界各國對該專業(yè)的科研投入極少極少。至今國外只有23家公司研發(fā)生產(chǎn)鋼絲繩檢測儀，國內(nèi)也僅有三家。3三家公司上世紀六十年代，我國就開始研發(fā)鋼絲繩的在線檢測，九十年代誕生了多家公司生產(chǎn)鋼絲繩檢測儀，經(jīng)過大浪淘沙

3、，堅持至今的唯有三家公司：序號公司名稱成立時間型號產(chǎn)品名稱原理背景1沈陽（鞍山）全安報警器材公司1992年KST電腦智能鋼絲繩探傷儀磁通感應(yīng)線圈單片機美國2洛陽逖悉開（澗西、先導、新導）鋼絲繩檢測技術(shù)公司1993年2005年TCK鋼絲繩損傷定量檢測系統(tǒng)剩磁、磁通門單片機加拿大3上海且華虛擬儀器技術(shù)公司（上海交大、華中理工、清華和中科院、煤科院、船舶院）1994年MTC鋼絲繩電腦探傷儀漏磁、磁通霍爾元件計算機俄國德國美國4、洛陽TCK2005年洛陽公司第二代新人入主，募集資金重新啟動，大力進行宣傳推廣和市場運作，五年來取得了長足的發(fā)展。遣憾的是TCK產(chǎn)品存在著先天的不足，即使經(jīng)過反復改進和后天包

4、裝仍存在著一些致命的問題：圖1 TCK產(chǎn)品實物圖圖2 TCK產(chǎn)品檢測過程a.受測鋼絲繩先需要用磁化器加磁，后用檢測器檢測留在鋼絲繩上缺陷引起的剩磁變化，這就是所謂的剩磁原理，每次檢測的結(jié)果當然不一致。國家標準特別指出：“該方法是新開發(fā)的一種鋼絲繩檢測技術(shù)，其有效性有待進一步的跟蹤研究和應(yīng)用驗證?！?b.檢測器中構(gòu)筑磁通門的8個鉑鉬合金為軸心的線圈靈敏度相當高，但僅對緩變磁場效果較好，遇上斷絲等突變磁場將引起結(jié)果混亂。c.當鋼絲繩快速通過檢測器時，單片機來不及對采樣結(jié)果進行分析處理，漏檢量大。d.應(yīng)用磁點小滾輪計程造成缺陷位置不準。e.全塑的勵磁器和檢測器難以應(yīng)對鋼絲繩的鋼性晃動。為此，近幾年上

5、海港口采購了幾十套TCK產(chǎn)品，均全新地擱置在倉庫，無法使用。5上海MTCa.公司背景上海且華虛擬儀器技術(shù)有限公司是由上海交大、清華大學、華中理工和中科院、煤科院、船舶院的科研人員于1994年組建的高新技術(shù)企業(yè)，專業(yè)從事鋼絲繩、鋼芯皮帶、油管等鐵磁性細長材料無損檢測的科研、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)。b.技術(shù)關(guān)鍵鋼絲繩是無限不確定長的受測物，唯有應(yīng)用計算機高速運行功能直接采樣和處理，以軟件取代傳統(tǒng)儀器的虛擬儀器技術(shù)，才能做到不漏檢不誤判。這就是上海MTC領(lǐng)先于歐美發(fā)達國家同類產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。圖3 MTC系統(tǒng)框圖圖4 MTC產(chǎn)品實物圖c.結(jié)果準確當鋼絲繩通過傳感器時，只要鼠標輕輕一點，就如心電圖一樣在電腦上

6、實時顯示各種缺陷，如超標即聲光報警。最后按國家標準定量告之哪里斷絲、斷幾根，哪里磨損、磨損的百分數(shù)，定性告之鋼絲繩跳絲、松股、雷擊、編結(jié)質(zhì)量、材質(zhì)變化等其他18種缺陷。（必檢缺陷磨損斷絲定性準確率達99.99%，定量準確率達95%）二、上海港應(yīng)用上海MTC的情況1外高橋一期（最早開始使用，直至現(xiàn)在）1998年，根據(jù)上海港務(wù)局的安排，上海浦東國際集裝箱碼頭有限公司引進MTC鋼絲繩電腦探傷儀。2000年，上海港務(wù)局對該項目組織技術(shù)評審。2001年，上海港務(wù)局頒發(fā)了上海市企業(yè)標準Q/RGAA294-2001裝卸機械鋼絲繩狀態(tài)檢測方法。圖5MTC使用現(xiàn)場a.方法一 隨訪監(jiān)控管理該公司擁有11臺橋吊、4

7、2臺輪胎吊，數(shù)量很多，每天的箱量也很多。由巡檢員定期、定時對其中的鋼絲繩進行人工檢查，發(fā)現(xiàn)隱患，立即應(yīng)用MTC儀器進行復檢，若超標立即進行更換。全部工作建立檔案，輸入電腦，做到了鋼絲繩隨訪監(jiān)控。b.方法二 尋求再利用價值為提升鋼絲繩利用和再利用價值，當橋吊28mm的鋼絲繩按箱量報廢后，應(yīng)用MTC儀器進行檢測，然后應(yīng)用到新繩應(yīng)該為26mm的輪胎吊上。c.方法三 延長使用壽命目前上海港起重機鋼絲繩還是依據(jù)箱量或時間確定使用期限。應(yīng)用MTC儀器在到達更換期時進行科學檢測，發(fā)現(xiàn)未超標則可繼續(xù)使用，延長了鋼絲繩的使用壽命。1999年一年就曾為企業(yè)節(jié)約18萬元鋼絲繩費用；2004年對某型號鋼絲繩監(jiān)控，橋吊

8、起升鋼絲繩時間長達17.5個月，箱量達35.7萬。d.方法四 質(zhì)量檢驗索賠依據(jù)由于MTC儀器不但可以檢測鋼絲繩的斷絲和磨損的缺陷，而且能從波形顯示中直接讀出鋼絲繩的編織質(zhì)量。2003年應(yīng)用這一方法對兩家公司提供的鋼絲繩獲得索賠。2洋山港一期（開工就使用，直至現(xiàn)在）上海盛東國際集裝箱碼頭有限公司擁有20多臺橋吊和近百臺輪胎吊。由于該公司沒有巡檢員編制，主要依靠修理工的不定期檢查，當發(fā)現(xiàn)隱患就由專職人員應(yīng)用MTC儀器檢測。2006年，在一臺新的橋吊上，修理工發(fā)現(xiàn)鋼絲繩有異常，應(yīng)用儀器檢測果然發(fā)現(xiàn)運動部位的鋼絲繩內(nèi)部有斷絲。隨即在使用中定期用儀器檢測監(jiān)控，保證了生產(chǎn)安全。3張華浜碼頭（2009年試用

9、，2010年啟用）張華浜分公司在上海國際港務(wù)（集團）股份有限公司的直接指導下，列項應(yīng)用MTC鋼絲繩電腦探傷儀。圖6 MTC在件雜貨碼頭的門機現(xiàn)場檢測張華浜分公司是件雜貨碼頭，應(yīng)用的起重機是門座式的和流動式的，前者對鋼絲繩的安全要求特別高，原來采用人工方法檢查，沒有科學的依據(jù)，無法準確判斷，鋼絲繩內(nèi)部的斷絲是肉眼看不見的，所以分公司規(guī)定鋼絲繩每使用6個月便更換。為了驗證MTC儀器的可靠性，并以科學數(shù)據(jù)為基準延長鋼絲繩使用壽命，2009年9月特邀上海且華虛擬儀器技術(shù)有限公司和上海交大的專家對一臺100T門座式起重機上已達到使用期限6個月鋼絲繩進行檢測，儀器顯示鋼絲繩無大的缺陷，于是鋼絲繩暫不更換，

10、繼續(xù)使用。三個月后，2010年元月再次應(yīng)用MTC儀器對該鋼絲繩進行檢測，該鋼絲繩的缺陷仍未超標。由此可見：第一，MTC儀器是可靠的；第二，按目前港口以使用半年作鋼絲繩報廢更換期限是有節(jié)支節(jié)能空間的。2010年4月張華浜碼頭開始正式啟用MTC儀器，鋼絲繩安全有了科學保證。三、港口在線科學檢測鋼絲繩的推廣難度1目前港口對鋼線繩的安全運行的措施（傳統(tǒng)方法）a.根據(jù)起吊箱量或運行時間確定港口起重機鋼絲繩使用時間和更換日期（容易造浪費，存在節(jié)支節(jié)能空間）。b.由巡檢員或修理工定時對港口起重機鋼絲繩進行人工檢查，根據(jù)經(jīng)驗進行判斷（科學性不足，勞動強度大）。2應(yīng)用MTC儀器的三大港口碼頭的措施（試行方法）a

11、.還是根據(jù)箱量和時間確定鋼絲繩更換時間。這是主要存在一個誰擔責任的問題，如果應(yīng)用儀器，即使準確，若發(fā)生問題，主管怎么辦？雖然實踐證明，可以通過儀器延長鋼絲繩的使用壽命，但由于目前機制問題，只能作為偶爾的試驗，無法推進節(jié)能節(jié)支的目標。b.巡檢員或修理工繼續(xù)進行人工檢查，當發(fā)現(xiàn)鋼絲繩隱患才由MTC儀器檢測，這樣做有了科學性，勞動強度也大大減少。c.新更換的鋼絲繩常常存在斷絲和編織質(zhì)量不佳，當一旦發(fā)現(xiàn)隱患則MTC儀器檢測，這樣做對索賠提供了科學依據(jù)，而且為推進鋼絲繩的科學管理做好了建檔工作。3科學儀器推廣難度分析目前上海港口各碼頭人員編制有限，設(shè)備的維修保養(yǎng)工作很多很多，如將其中的鋼絲繩提到重要的議

12、事日程是有困難的。b.鋼絲繩的安全系統(tǒng)很大，美國對8000多個鋼絲繩使用現(xiàn)場采獲的各種信息資料進行統(tǒng)計分析的結(jié)果是只有2%的鋼絲繩強度損耗超過30%處于相當危險存在事故隱患。c.國內(nèi)外各種鋼絲繩制造商提供的鋼絲繩均存在或多或少的斷絲問題，但由于GB還是ISO標準均沒有對新鋼絲繩允許斷絲量作出規(guī)定，所以用戶采購鋼絲繩沒有標準依據(jù)進行索賠，只能在合同上自行進行規(guī)定。d.在港口起重機中鋼絲繩的價值不是很高，作為易耗品計入運行成本，也無妨大礙，故對鋼絲繩利用和再利用并不重視。e.鋼絲繩報廢標準滯后。GB/T5972-2006起重機用鋼絲繩檢驗和報廢實用規(guī)范中規(guī)定的檢驗全部是采用人工尺量、手摸、眼看的傳

13、統(tǒng)方法，根本沒有提到應(yīng)用科學儀器。綜上所述，港口應(yīng)用科學儀器在線檢測鋼絲繩是必要的、可能的，但是，從目前現(xiàn)實條件來看，卻是很困難的。四、科學管理鋼絲繩的解決方案1國外的模式發(fā)明世界上第一臺鋼絲繩探傷儀的南非，其鋼絲繩的報廢標準是十分科學的，并且全部是數(shù)字量化的。Rw：斷絲導致鋼絲繩截面積實際減少百分數(shù)（實際測得）Rpw：斷絲導致鋼絲繩截面積允許減少百分數(shù)（標準規(guī)定）Rp：磨損導致鋼絲繩截面積實際減少百分數(shù)（實際測得）Rpd：磨損導致鋼絲繩截面積允許減少百分數(shù)（標準規(guī)定）Rpw和Rpd對不同行業(yè)有不同要求，Rw和Rp是根據(jù)儀器檢測結(jié)果，當DF1時，則鋼絲繩應(yīng)該報廢，當DF1時鋼絲繩可以繼續(xù)使用。

14、由此可見國外的檢測報廢標準是綜合判定，并是十分科學的。同時還規(guī)定鋼絲繩必須每三個月應(yīng)用儀器進行一次在線檢測，大大減輕了人工檢查的勞動強度。2上海通用汽車公司的模式2002年，根據(jù)OHSAH1800職業(yè)安全與健康的國際標準，上海通用汽車公司為保證車間行車鋼絲繩運行安全，將安全風險降低到零，采購了系列MTC鋼絲繩電腦探傷儀。a.納入設(shè)備工程科設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測部門，安排專職人員負責鋼絲繩的檢測。b.參照國際和國家標準制定本公司的企業(yè)規(guī)范，其中包括：人員資質(zhì)、儀器校準、檢測方法、檢測期限、報廢標準等。c.由設(shè)備維修部門在起重行車維修保養(yǎng)規(guī)定的時間對其中鋼絲繩進行一般的人工檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時通報，并用儀器檢測。d.工程科狀態(tài)監(jiān)測部門每半年對全部行車的鋼絲繩進行無盲區(qū)的全程檢測。e.上述工作全部建檔，跟蹤監(jiān)控并實現(xiàn)了鋼絲繩的科學管理。3上海港口宜建立的模式上海港可以在外高橋一期、洋山港一期和張華浜碼頭的基礎(chǔ)上，參照上海通用汽車的經(jīng)驗：a.在設(shè)備部屬下設(shè)立狀態(tài)監(jiān)測組。b.重新修改并頒發(fā)標準和規(guī)范。c.維修和