基于虚拟仪器技术实现钢丝绳科学管理.doc

基于虚拟仪器技术 实现钢丝绳科学管理推进上海港口生产安全、节能节支的调查和建议目录：一、钢丝绳在线科学检测仪器的现状二、上海港应用上海MTC的情况三、港口在线科学检测钢丝绳的推广难度四、科学管理钢丝绳的解决方案五、目前可做工作的建议和请示上海国际港务（集团）股份有限公司 技术处二一年十二月二十日基于虚拟仪器技术 实现钢丝绳科学管理推进上海港生产安全节能节支的调查和建议尊敬的集团公司领导：2010年，上海港已经成为世界第一大港，港口的起重机越来越多。其中的钢丝绳工作环境恶劣，长期处于连续运行状态，依靠人工检查，安全隐患很大；定期更换，易造成浪费；唯有应用科学方法才能真正保证生产安全和节能节支。一、钢丝绳在线检测仪器的现状1百年难题钢丝绳在线检测是一个百年未过关的难题，自从1906年南非发明了第一台电磁钢丝绳检测仪后，科学家一直在苦苦探索。随着科学技术的发展，近十余年来，人们确认应用漏磁和磁通原理是检测铁磁性钢丝绳的最好方法。2偏门专业钢丝绳在线检测又是一个十分偏门的专业，中国唯有华中理工设置了该专业的博士站。由于各种设备起重机选用钢丝绳的安全系数很大，加之钢丝绳的生产制造成本不高，世界各国对该专业的科研投入极少极少。至今国外只有23家公司研发生产钢丝绳检测仪，国内也仅有三家。3三家公司上世纪六十年代，我国就开始研发钢丝绳的在线检测，九十年代诞生了多家公司生产钢丝绳检测仪，经过大浪淘沙，坚持至今的唯有三家公司：序号公司名称成立时间型号产品名称原理背景1沈阳（鞍山）全安报警器材公司1992年KST电脑智能钢丝绳探伤仪磁通感应线圈单片机美国2洛阳逖悉开（涧西、先导、新导）钢丝绳检测技术公司1993年2005年TCK钢丝绳损伤定量检测系统剩磁、磁通门单片机加拿大3上海且华虚拟仪器技术公司（上海交大、华中理工、清华和中科院、煤科院、船舶院）1994年MTC钢丝绳电脑探伤仪漏磁、磁通霍尔元件计算机俄国德国美国4、洛阳TCK2005年洛阳公司第二代新人入主，募集资金重新启动，大力进行宣传推广和市场运作，五年来取得了长足的发展。遣憾的是TCK产品存在着先天的不足，即使经过反复改进和后天包装仍存在着一些致命的问题：图1 TCK产品实物图图2 TCK产品检测过程a.受测钢丝绳先需要用磁化器加磁，后用检测器检测留在钢丝绳上缺陷引起的剩磁变化，这就是所谓的剩磁原理，每次检测的结果当然不一致。国家标准特别指出：“该方法是新开发的一种钢丝绳检测技术，其有效性有待进一步的跟踪研究和应用验证。” b.检测器中构筑磁通门的8个铂钼合金为轴心的线圈灵敏度相当高，但仅对缓变磁场效果较好，遇上断丝等突变磁场将引起结果混乱。c.当钢丝绳快速通过检测器时，单片机来不及对采样结果进行分析处理，漏检量大。d.应用磁点小滚轮计程造成缺陷位置不准。e.全塑的励磁器和检测器难以应对钢丝绳的钢性晃动。为此，近几年上海港口采购了几十套TCK产品，均全新地搁置在仓库，无法使用。5上海MTCa.公司背景上海且华虚拟仪器技术有限公司是由上海交大、清华大学、华中理工和中科院、煤科院、船舶院的科研人员于1994年组建的高新技术企业，专业从事钢丝绳、钢芯皮带、油管等铁磁性细长材料无损检测的科研、生产、销售和服务。b.技术关键钢丝绳是无限不确定长的受测物，唯有应用计算机高速运行功能直接采样和处理，以软件取代传统仪器的虚拟仪器技术，才能做到不漏检不误判。这就是上海MTC领先于欧美发达国家同类产品的关键技术。图3 MTC系统框图图4 MTC产品实物图c.结果准确当钢丝绳通过传感器时，只要鼠标轻轻一点，就如心电图一样在电脑上实时显示各种缺陷，如超标即声光报警。最后按国家标准定量告之哪里断丝、断几根，哪里磨损、磨损的百分数，定性告之钢丝绳跳丝、松股、雷击、编结质量、材质变化等其他18种缺陷。（必检缺陷磨损断丝定性准确率达99.99%，定量准确率达95%）二、上海港应用上海MTC的情况1外高桥一期（最早开始使用，直至现在）1998年，根据上海港务局的安排，上海浦东国际集装箱码头有限公司引进MTC钢丝绳电脑探伤仪。2000年，上海港务局对该项目组织技术评审。2001年，上海港务局颁发了上海市企业标准Q/RGAA294-2001装卸机械钢丝绳状态检测方法。图5MTC使用现场a.方法一 随访监控管理该公司拥有11台桥吊、42台轮胎吊，数量很多，每天的箱量也很多。由巡检员定期、定时对其中的钢丝绳进行人工检查，发现隐患，立即应用MTC仪器进行复检，若超标立即进行更换。全部工作建立档案，输入电脑，做到了钢丝绳随访监控。b.方法二 寻求再利用价值为提升钢丝绳利用和再利用价值，当桥吊28mm的钢丝绳按箱量报废后，应用MTC仪器进行检测，然后应用到新绳应该为26mm的轮胎吊上。c.方法三 延长使用寿命目前上海港起重机钢丝绳还是依据箱量或时间确定使用期限。应用MTC仪器在到达更换期时进行科学检测，发现未超标则可继续使用，延长了钢丝绳的使用寿命。1999年一年就曾为企业节约18万元钢丝绳费用；2004年对某型号钢丝绳监控，桥吊起升钢丝绳时间长达17.5个月，箱量达35.7万。d.方法四 质量检验索赔依据由于MTC仪器不但可以检测钢丝绳的断丝和磨损的缺陷，而且能从波形显示中直接读出钢丝绳的编织质量。2003年应用这一方法对两家公司提供的钢丝绳获得索赔。2洋山港一期（开工就使用，直至现在）上海盛东国际集装箱码头有限公司拥有20多台桥吊和近百台轮胎吊。由于该公司没有巡检员编制，主要依靠修理工的不定期检查，当发现隐患就由专职人员应用MTC仪器检测。2006年，在一台新的桥吊上，修理工发现钢丝绳有异常，应用仪器检测果然发现运动部位的钢丝绳内部有断丝。随即在使用中定期用仪器检测监控，保证了生产安全。3张华浜码头（2009年试用，2010年启用）张华浜分公司在上海国际港务（集团）股份有限公司的直接指导下，列项应用MTC钢丝绳电脑探伤仪。图6 MTC在件杂货码头的门机现场检测张华浜分公司是件杂货码头，应用的起重机是门座式的和流动式的，前者对钢丝绳的安全要求特别高，原来采用人工方法检查，没有科学的依据，无法准确判断，钢丝绳内部的断丝是肉眼看不见的，所以分公司规定钢丝绳每使用6个月便更换。为了验证MTC仪器的可靠性，并以科学数据为基准延长钢丝绳使用寿命，2009年9月特邀上海且华虚拟仪器技术有限公司和上海交大的专家对一台100T门座式起重机上已达到使用期限6个月钢丝绳进行检测，仪器显示钢丝绳无大的缺陷，于是钢丝绳暂不更换，继续使用。三个月后，2010年元月再次应用MTC仪器对该钢丝绳进行检测，该钢丝绳的缺陷仍未超标。由此可见：第一，MTC仪器是可靠的；第二，按目前港口以使用半年作钢丝绳报废更换期限是有节支节能空间的。2010年4月张华浜码头开始正式启用MTC仪器，钢丝绳安全有了科学保证。三、港口在线科学检测钢丝绳的推广难度1目前港口对钢线绳的安全运行的措施（传统方法）a.根据起吊箱量或运行时间确定港口起重机钢丝绳使用时间和更换日期（容易造浪费，存在节支节能空间）。b.由巡检员或修理工定时对港口起重机钢丝绳进行人工检查，根据经验进行判断（科学性不足，劳动强度大）。2应用MTC仪器的三大港口码头的措施（试行方法）a.还是根据箱量和时间确定钢丝绳更换时间。这是主要存在一个谁担责任的问题，如果应用仪器，即使准确，若发生问题，主管怎么办？虽然实践证明，可以通过仪器延长钢丝绳的使用寿命，但由于目前机制问题，只能作为偶尔的试验，无法推进节能节支的目标。b.巡检员或修理工继续进行人工检查，当发现钢丝绳隐患才由MTC仪器检测，这样做有了科学性，劳动强度也大大减少。c.新更换的钢丝绳常常存在断丝和编织质量不佳，当一旦发现隐患则MTC仪器检测，这样做对索赔提供了科学依据，而且为推进钢丝绳的科学管理做好了建档工作。3科学仪器推广难度分析目前上海港口各码头人员编制有限，设备的维修保养工作很多很多，如将其中的钢丝绳提到重要的议事日程是有困难的。b.钢丝绳的安全系统很大，美国对8000多个钢丝绳使用现场采获的各种信息资料进行统计分析的结果是只有2%的钢丝绳强度损耗超过30%处于相当危险存在事故隐患。c.国内外各种钢丝绳制造商提供的钢丝绳均存在或多或少的断丝问题，但由于GB还是ISO标准均没有对新钢丝绳允许断丝量作出规定，所以用户采购钢丝绳没有标准依据进行索赔，只能在合同上自行进行规定。d.在港口起重机中钢丝绳的价值不是很高，作为易耗品计入运行成本，也无妨大碍，故对钢丝绳利用和再利用并不重视。e.钢丝绳报废标准滞后。GB/T5972-2006起重机用钢丝绳检验和报废实用规范中规定的检验全部是采用人工尺量、手摸、眼看的传统方法，根本没有提到应用科学仪器。综上所述，港口应用科学仪器在线检测钢丝绳是必要的、可能的，但是，从目前现实条件来看，却是很困难的。四、科学管理钢丝绳的解决方案1国外的模式发明世界上第一台钢丝绳探伤仪的南非，其钢丝绳的报废标准是十分科学的，并且全部是数字量化的。Rw：断丝导致钢丝绳截面积实际减少百分数（实际测得）Rpw：断丝导致钢丝绳截面积允许减少百分数（标准规定）Rp：磨损导致钢丝绳截面积实际减少百分数（实际测得）Rpd：磨损导致钢丝绳截面积允许减少百分数（标准规定）Rpw和Rpd对不同行业有不同要求，Rw和Rp是根据仪器检测结果，当DF1时，则钢丝绳应该报废，当DF1时钢丝绳可以继续使用。由此可见国外的检测报废标准是综合判定，并是十分科学的。同时还规定钢丝绳必须每三个月应用仪器进行一次在线检测，大大减轻了人工检查的劳动强度。2上海通用汽车公司的模式2002年，根据OHSAH1800职业安全与健康的国际标准，上海通用汽车公司为保证车间行车钢丝绳运行安全，将安全风险降低到零，采购了系列MTC钢丝绳电脑探伤仪。a.纳入设备工程科设备状态监测部门，安排专职人员负责钢丝绳的检测。b.参照国际和国家标准制定本公司的企业规范，其中包括：人员资质、仪器校准、检测方法、检测期限、报废标准等。c.由设备维修部门在起重行车维修保养规定的时间对其中钢丝绳进行一般的人工检查，发现隐患及时通报，并用仪器检测。d.工程科状态监测部门每半年对全部行车的钢丝绳进行无盲区的全程检测。e.上述工作全部建档，跟踪监控并实现了钢丝绳的科学管理。3上海港口宜建立的模式上海港可以在外高桥一期、洋山港一期和张华浜码头的基础上，参照上海通用汽车的经验：a.在设备部属下设立状态监测组。b.重新修改并颁发标准和规范。c.维修和