基于人工智能的新型倉庫吊繩智能輔助測量裝置

馬磊　張貴德　陳文　黃穎　曹詩龍

【摘 要】本文介紹了基于人工智能的新型倉庫吊繩智能輔助測量裝置，該裝置在不改變原吊繩結(jié)構(gòu)的情況下，通過增設(shè)輔助測量繩，實現(xiàn)了在物件吊運過程中對吊繩受力的實時監(jiān)控。輔助裝置由兩部分組成，測量繩本體和終端，測量繩能夠完全模擬受力狀態(tài)，通過計算得出原吊繩上的受力大小并在中終端顯示，配合裝置內(nèi)置算法能夠智能評估起吊作業(yè)過程中的安全風(fēng)險并及時主動預(yù)警。

【關(guān)鍵詞】倉庫；吊繩；輔助裝置

中圖分類號： TH213.7 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.011

【Abstract】This paper introduces a new type of auxiliary measuring device for warehouse sling based on artificial intelligence， the device can realize the real-time monitoring of the force of the sling in the process of lifting the object， by adding an auxiliary measuring rope without changing the structure of the original sling. The auxiliary device consists of two parts， the body of measuring rope and the terminal， the measuring rope can completely simulate the stress state， and the force on the original sling is calculated and displayed in the middle terminal. The built-in algorithm of the matching device can intelligently assess the safety risk in the lifting operation process and proactively early warning.

【Key words】Warehouse； Sling； Auxiliary Device

0 前言

在進行大型物件吊裝作業(yè)時，作業(yè)現(xiàn)場存在諸多問題和風(fēng)險。如超特高壓變電站內(nèi)設(shè)備，體積大，價格高，在吊裝的全過程中存在多個難以管控的風(fēng)險點。首先，起吊前，由于部分備品備件裝箱起吊，物件本體不可見，操作員僅能依靠自身經(jīng)驗人工判斷被吊備件的重心位置，需經(jīng)反復(fù)多次試吊，才可進行正式吊裝，操作效率低；其次，備品重心與起吊重心不完全一致，在吊運過程中便會導(dǎo)致吊繩受力不均勻，嚴重時可引起起吊備品大幅晃動，安全風(fēng)險高；再次，在吊運過程中若某根吊繩內(nèi)部出現(xiàn)少量斷股，憑現(xiàn)有條件，現(xiàn)場人員無法及時發(fā)現(xiàn)，此時若繼續(xù)吊運則可能導(dǎo)致吊繩斷裂、備品墜落，發(fā)生人身傷亡和備品損壞的事故。此外，吊繩的安全性能檢測分為出廠檢驗和定期送檢，均為離線檢驗方式，無法及時迅速獲知吊繩安全性能情況，且部分換流站所在地并無專業(yè)檢驗機構(gòu)，需送至外地檢測，吊繩檢驗流程耗時耗力。

1 裝置簡介

本文介紹了一種能夠在備品庫吊裝作業(yè)現(xiàn)場實時監(jiān)測、分析吊繩受力情況的新型檢測裝置。該裝置通過加設(shè)與吊繩同時起吊的測力繩，能夠完全模擬吊繩的受力狀態(tài)，計算測力繩拉力并結(jié)合力的相似性原理即可測出吊繩拉力，并可在終端實時獲取吊繩上的受力數(shù)據(jù)，配合裝置內(nèi)置算法智能評估起吊過程中的安全風(fēng)險并及時主動預(yù)警。該裝置可以從起吊前協(xié)助調(diào)節(jié)吊點分布和起吊過程中吊繩受力監(jiān)測兩個方面提高倉庫起吊作業(yè)可靠性，從而有效提升倉庫備品安全管理水平。

本文所介紹的倉庫吊繩智能輔助測量裝置，由輔助測量繩、拉力測量模塊、無線通信模塊、聲光報警模塊、邏輯模塊、電池模塊、顯示屏和終端組成，其中無線通信模塊、聲光報警模塊、邏輯控制模塊、電池模塊和顯示屏組成邏輯集成模塊。如圖1所示，輔助測量繩與拉力測量模塊兩端相連接，使用過程中將測量繩與吊繩一起固定在被吊物件的相同位置，能夠保證其受力后伸長量與吊繩相相同。圖中的拉力測量模塊數(shù)據(jù)與邏輯模塊相連，邏輯模塊將采集得到的數(shù)據(jù)一方面?zhèn)鬏斨翢o線通訊模塊，使測量繩能夠與終端進行通信，另一方面與內(nèi)部邏輯電路所設(shè)最大定值進行比較，若超過定值，則邏輯模塊輸出信號至聲光報警模塊，并啟動聲光報警。邏輯集成模塊自帶鋰電池為其自身供電。

2 原理說明

本裝置利用力的相似性原理，在不改變原環(huán)形繩（吊繩）結(jié)構(gòu)的情況下，通過在每根吊繩位置新增一條不同彈性系數(shù)的測量繩3，利用高精度S型拉力傳感器1，測量該測量繩上拉力大小，最后利用相似對比法，實現(xiàn)實時測量吊繩受力。根據(jù)吊繩實時受力數(shù)據(jù)，本裝置能實現(xiàn)判斷起吊物是否平衡、給出針對性調(diào)整建議、吊繩拉力越限報警等功能。

在試吊過程中，S型拉力傳感器1將測量數(shù)據(jù)傳輸至邏輯模塊6，再通過無線通訊模塊7傳輸至終端14，終端14通過對吊繩是否同一時刻開始受力、受力大小是否均勻、受力速度是否相似三個維度綜合分析，提供起吊方案調(diào)整建議，采用定量化的分析方式有效避免了以經(jīng)驗為主要依據(jù)來判斷起吊物是否平衡的弊端。

在吊運過程中，S型拉力傳感器1將測量數(shù)據(jù)傳輸至邏輯模塊6，實時監(jiān)測吊繩所受拉力變化，當(dāng)某一條吊繩拉力達到臨界值或者受力突增時，聲光報警模塊13啟動，提醒地面起吊人員，降低了吊運過程中的風(fēng)險、減少了吊運過程可能造成的損失。

本裝置的設(shè)計原理可概括為：

（1）邏輯模塊6對比吊繩受拉力f大于吊繩可受最大拉力F，即可向聲光報警模塊13發(fā)送啟動指令。該設(shè)計可實現(xiàn)拉力越限報警功能。

（2）邏輯模塊6可將吊繩受拉力f通過無線通訊模塊7傳輸至終端14。該設(shè)計可實現(xiàn)吊繩受力精準分析。

（3）終端14可通過無線通訊模塊7將吊繩最大可受拉力F傳輸至邏輯模塊6中。該設(shè)計可實現(xiàn)不同吊繩越限值的調(diào)整功能。

（4）液晶顯示器8，可顯示此時拉力大小f以及越限值F，并自帶背光功能。該設(shè)計可實現(xiàn)設(shè)備自檢功能。

（6）鋰電池9，可對整個裝置供電。該設(shè)計可實現(xiàn)長時間使用該智能輔助裝置功能。

（7）穩(wěn)壓芯片（12V）10，可為S型拉力傳感器1供電。該設(shè)計可減少該智能輔助裝置電源接入。

3 裝置功能

此處以兩個使用場景為例，對本裝置的功能進行介紹。

3.1 提高試吊工作效率

備品正式開始吊裝前需要進行試吊，操作員根據(jù)吊運經(jīng)驗，將吊繩與被吊備品固定，然后將測量繩3與吊繩相同方式與被吊備品固定，測量繩與吊繩的另一端也以相同方式掛在吊鉤上。完成固定工作后，使測量繩輕微受力并緩緩起吊，觀察被吊備品是否平穩(wěn)，通過終端14分析結(jié)果有針對性地對吊繩位置進行調(diào)節(jié)，即可安全高效完成試吊工作。

3.2 吊繩拉力越限報警

試吊工作完成后，即可進行正式吊裝作業(yè)。吊裝過程中，測量繩實時模擬吊繩的受力狀態(tài)。如圖1所示，與吊繩相同當(dāng)所述S型拉力傳感器1將測量拉力值f實時傳輸至邏輯模塊6。如果此時吊繩內(nèi)部發(fā)生斷股，那么測量模塊傳送至邏輯模塊的受力數(shù)據(jù)會出現(xiàn)明顯變化，若邏輯模塊判斷測量拉力值f大于越限值F，則會啟動聲光報警模塊13，及時提醒現(xiàn)場人員當(dāng)前存在分風(fēng)險，采取措施并中止吊裝作業(yè)，避免更嚴重的事故發(fā)生。

4 結(jié)論

本發(fā)明基于相似對比法的倉庫吊繩智能輔助裝置，可用于變電站備品備件起吊外，也可用于各類起吊作業(yè)，尤其適用于物件不規(guī)則重心難以查找、多根吊繩起吊等復(fù)雜起吊作業(yè)。在當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模大、任務(wù)重，項目物資吊裝十分頻繁的背景下，該裝置的投入使用，能給予使用者直觀、可靠的信息反饋，協(xié)助操作人員調(diào)整被吊物件及吊繩至最佳狀態(tài)，避免起吊事故和人員傷亡，增加吊裝作業(yè)安全性。