CN114065440A - 用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器，所述方法包括：获取所述塔式起重机的部件的档案信息，其中所述档案信息至少包括前次起重部件的剩余寿命信息；获取所述塔式起重机的实时工况信息；根据所述档案信息、所述实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定所述部件的实时剩余寿命信息；以及将所述剩余寿命信息更新为所述实时剩余寿命信息。本发明实施例可以实现符合工程实际应用场景、可靠性高、准确度高、时效性高的塔式起重机部件寿命的实时计算更新和全生命周期的寿命管理，且可以减少需要的塔式起重机数据监测传感器的数量。

Description

用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器

技术领域

本发明涉及建筑机械技术领域，具体地涉及一种用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器。

背景技术

塔式起重机作为现代施工的关键设备，随着PC施工建筑的发展，满载率加大，其大部分时间是在交变高应力下工作。研究表明，塔式起重机结构破坏形式80％以上为疲劳失效。因此，塔式起重机结构服务寿命已成为其安全可靠运行的重要评价指标。国内外已有相应的技术对塔式起重机结构服务寿命进行研究，但大多属于理论研究，主要用于评估标准实验条件下的理论寿命值，但在实际吊装过程中，因超力矩、超重量、环境因素等复杂多变情况，对具体塔式起重机而言，其结构寿命具有较大的个体差异。因此，理论寿命值对于实际塔式起重机的结构寿命评估只具有指导意义，难以准确评估实际的安全边界。行业发展对塔式起重机结构的安全使用提出了越来越高的评估需求，故实时准确地评估塔式起重机结构剩余寿命正逐步成为业界的一个关注焦点。现有实际塔式起重机寿命评估理论主流是利用有限元仿真及疲劳损伤理论，将现场实时采集的环境载荷作为边界条件，实时校核塔式起重机寿命，然后根据损伤理论利用现场采集的应力应变信息进行剩余寿命计算。这种理论方式虽然能较为准确计算塔式起重机剩余寿命，但存在以下弊端：(1)利用有限元仿真技术进行寿命校核对仿真模型的边界条件准确性有很高的要求，这一特点势必会增加采集环境载荷的负担及成本，导致现场终端长期获取环境及工况信息数据困难以及实现成本高。此外，部分种类传感器现有技术的可靠性及经济性导致现场复杂载荷信息采集的可靠性低，安装监测成本以及维护成本过高。(2)环境及工况信息的精准描述会使现场实时采集数据量大，数据预处理耗时长，占用终端计算资源及内存资源多，影响塔式起重机终端性能，降低塔式起重机终端经济性。同时，大量数据传输对网络环境及硬件要求高。而施工环境复杂，存在网络信号差，基础设施不健全的施工环境，这就大大降低寿命评估系统的时效性及可行性。(3)当前存在剩余寿命管理系统仅仅着重于塔式起重机剩余寿命描述，而没有将塔式起重机剩余寿命评估与用户实际施工管理、再制造、报废等相关联，忽略了系统对塔式起重机全生命周期过程中的管理功能。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器，解决现有技术中的前述技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于评估塔式起重机寿命的方法及控制器和服务器，用于评估塔式起重机寿命的方法包括：获取塔式起重机的部件的档案信息，其中档案信息至少包括前次起重部件的剩余寿命信息；获取塔式起重机的实时工况信息；根据档案信息、实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定部件的实时剩余寿命信息；以及将剩余寿命信息更新为实时剩余寿命信息。

在本发明实施例中，档案信息还包括以下选项中的至少一者：部件编号；设计工况下的设计当量寿命信息；出厂信息；起重性能信息；以及使用状态信息。

在本发明实施例中，部件包括以下选项中的至少一种：起重臂；过渡节；基础节；塔身标准节；上支座；下支座；以及塔头。

在本发明实施例中，设计当量寿命信息包括载荷谱系数、设计当量寿命和设计当量次数，出厂信息包括出厂日期和绑定塔式起重机终端编号，起重性能信息包括部件编号、绑定塔式起重机终端编号、起重幅度值与额定载荷力矩之间的对应关系，使用状态信息包括再制造影响系数和报废影响系数，剩余寿命信息包括剩余寿命次数、剩余年限、自然剩余寿命和最终剩余寿命。

在本发明实施例中，实时工况信息包括实时起重力矩和实时起重幅度值。

在本发明实施例中，根据档案信息、实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定部件的实时剩余寿命信息，包括：根据部件编号、绑定塔式起重机终端编号、实时起重幅度值和起重性能信息确定额定载荷力矩；根据实时起重力矩和额定载荷力矩确定实时最大载荷力矩百分比；以及根据前次起重部件的剩余寿命次数、最大载荷百分比力矩、载荷谱系数、设计当量寿命、设计当量次数、实时日期、出厂日期和塔式起重机损耗寿命计算模型确定实时剩余寿命信息。

在本发明实施例中，实时最大载荷力矩百分比与实时起重力矩和额定载荷力矩之间的关系满足：K_n＝M_wn/M_e×100％；其中，n为塔式起重机的实时起重次数，K_n为实时最大载荷力矩百分比，M_wn为实时起重力矩，Me为额定载荷力矩。

在本发明实施例中，塔式起重机损耗寿命计算模型被定义为：

YS2_n＝Y1-(T2_n-T1)；以及YS_n＝μγmin(YS1_n,YS2_n)；其中，NS_n为实时剩余寿命次数，NS_n-1为前次起重部件的剩余寿命次数，NS₀＝N1，N1为设计当量次数，Kp₁为载荷谱系数，YS1_n为实时剩余年限，Y1为设计当量寿命，YS2_n为实时自然剩余寿命，T2_n为实时日期，T1为出厂日期，YS_n为实时最终剩余寿命，μ为再制造影响系数，γ为报废影响系数。

在本发明实施例中，用于评估塔式起重机寿命的方法还包括：根据档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理。

在本发明实施例中，根据档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理，包括：获取施工强度、施工地点和施工周期；根据施工强度、施工地点和档案信息确定目标施工部件；根据施工周期和目标施工部件的档案信息确定塔式起重机组建方案，以从塔式起重机组建方案中选择目标组建方案；以及将目标组建方案中的目标施工部件的档案信息进行输出。

在本发明实施例中，用于评估塔式起重机寿命的方法还包括：根据档案信息进行塔式起重机寿命展示。

在本发明实施例中，用于评估塔式起重机寿命的方法还包括：根据档案信息进行塔式起重机再制造管理。

在本发明实施例中，根据档案信息进行塔式起重机再制造管理，包括：获取目标再制造部件的部件编号和再制造方案；根据目标再制造部件的部件编号获取目标再制造部件的档案信息；根据目标再制造部件的档案信息和再制造方案确定目标再制造影响系数；在完成对目标再制造部件的再制造后，将档案信息中的再制造影响系数更新为目标再制造影响系数；以及根据目标再制造影响系数更新档案信息中的剩余寿命信息。

在本发明实施例中，用于评估塔式起重机寿命的方法还包括：根据档案信息进行塔式起重机报废管理。

在本发明实施例中，根据档案信息进行塔式起重机报废管理包括：根据档案信息确定剩余寿命信息符合预设报废要求的目标报废部件；根据目标报废部件中的至少部分目标报废部件组成整机，以从整机中选择目标报废整机；以及在完成对目标报废整机的报废处理后，将目标报废整机中的目标报废部件的报废影响系数和剩余寿命信息更新为0。

本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例的用于评估塔式起重机寿命的方法。

本发明第三方面提供一种服务器，包括：前述实施例的控制器。

本发明实施例通过前述技术方案可以实现符合工程实际应用场景、可靠性高、准确度高、时效性高的塔式起重机部件寿命的实时计算更新和全生命周期的寿命管理，且可以减少需要的塔式起重机数据监测传感器的数量。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的用于评估塔式起重机寿命的方法100的流程示意图；

图2A是塔式起重机再制造管理流程示意图；

图2B是塔式起重机报废管理流程示意图；

图2C是塔式起重机施工组建方案管理流程示意图；

图2D是终端寿命展示界面示意图；

图2E是再制造备选库界面示意图；

图2F是再制造方案制定界面示意图；以及

图2G是再制造进度查询界面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明，若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1所示，在本发明实施例中，提供一种用于评估塔式起重机寿命的方法100，包括以下步骤：

步骤S110：获取塔式起重机的部件的档案信息，其中档案信息至少包括前次起重部件的剩余寿命信息。

步骤S130：获取塔式起重机的实时工况信息。本发明实施例的“实时”例如为本次起重。

步骤S150：根据档案信息、实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定部件的实时剩余寿命信息。塔式起重机的整机寿命例如可通过比较塔式起重机所有部件或者是所有关键结构部件的剩余寿命信息，将其中最短剩余寿命作为整机寿命。塔式起重机的关键结构部件例如可通过系统的实验和仿真研究塔式起重机整机结构疲劳寿命，以及对塔式起重机现有物联网大数据进行统计分析来确定。以及

步骤S170：将剩余寿命信息更新为实时剩余寿命信息。每一次起重都将成为下一次起重的“前次”，因此，在每一次计算实时剩余寿命信息也即本次起重部件的剩余寿命信息之后，都将计算得到的实时剩余寿命信息保存下来替换更新计算该“实时寿命信息”时使用的“前次起重部件的剩余寿命信息”，以备下一次计算和/或其他目的使用。

进一步地，档案信息例如还包括以下选项中的至少一者：部件编号、设计工况下的设计当量寿命信息、出厂信息、起重性能信息以及使用状态信息。设计工况例如可为标准工况。

具体地，部件例如包括以下选项中的至少一种：起重臂；过渡节；基础节；塔身标准节；上支座；下支座；以及塔头。起重臂、过渡节、基础节、塔身标准节、上支座、下支座以及塔头例如可通过系统的实验和仿真研究塔式起重机整机结构疲劳寿命，以及对塔式起重机现有物联网大数据进行统计分析来确定塔式起重机的关键结构部件。

具体地，设计当量寿命信息例如包括载荷谱系数、设计当量寿命和设计当量次数。设计当量寿命信息例如可针对焊缝疲劳和母材疲劳特点，通过仿真和实验对标，采用结构应力法、局部应力法等多种疲劳寿命计算方法，对塔式起重机焊缝及母材寿命进行单独评估和核算，获得的设计当量寿命信息。

出厂信息例如包括出厂日期和绑定塔式起重机终端编号。

起重性能信息例如包括部件编号、绑定塔式起重机终端编号、起重幅度值与额定载荷力矩之间的对应关系。

使用状态信息例如包括再制造影响系数和报废影响系数。

剩余寿命信息例如包括剩余寿命次数、剩余年限、自然剩余寿命和最终剩余寿命。当然，本发明实施例并不局限于此，剩余寿命信息也可以仅包括剩余寿命次数、剩余年限、自然剩余寿命和最终剩余寿命中的部分，例如仅包括最终剩余寿命。

具体地，实时工况信息例如包括实时起重力矩和实时起重幅度值。更具体地，实时起重力矩例如为本次起重的最大起重力矩，相应地，实时起重幅度值例如为与所述最大起重力矩对应的起重幅度值也即本次起重的最大起重力矩产生时的起重幅度值。

具体地，根据档案信息、实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定部件的实时剩余寿命信息，也即步骤S150例如包括子步骤：

(a1)根据部件编号、绑定塔式起重机终端编号、实时起重幅度值和起重性能信息确定额定载荷力矩。

(a2)根据实时起重力矩和额定载荷力矩确定实时最大载荷力矩百分比。

以及

(a3)根据前次起重部件的剩余寿命次数、最大载荷百分比力矩、载荷谱系数、设计当量寿命、设计当量次数、实时日期、出厂日期和塔式起重机损耗寿命计算模型确定实时剩余寿命信息。

具体地，实时最大载荷力矩百分比与实时起重力矩和额定载荷力矩之间的关系例如满足：K_n＝M_wn/M_e×100％；其中，n为塔式起重机的实时起重次数也即当前是第n次起重，相应地，前次起重即为第n-1次起重，K_n为实时最大载荷力矩百分比，M_wn为实时起重力矩，M_e为额定载荷力矩。

具体地，本发明实施例所提出的塔式起重机损耗寿命计算模型例如被定义为：

YS2_n＝Y1-(T2_n-T1)；以及YS_n＝μγmin(YS1_n,YS2_n)；其中，NS_n为实时剩余寿命次数，NS_n-1为前次起重部件的剩余寿命次数，NS₀＝N1，N1为设计当量次数，Kp₁为载荷谱系数，YS1_n为实时剩余年限，Y1为设计当量寿命，YS2_n为实时自然剩余寿命，T2_n为实时日期，实时日期例如为本次起重结束时的日期，T1为出厂日期，YS_n为实时最终剩余寿命，μ为再制造影响系数，γ为报废影响系数。

塔式起重机损耗寿命计算模型例如可为根据疲劳损伤原理，结合理论的S-N曲线，推导出塔式起重机实际在线工况数据与理论应力的关系，建立的塔式起重机损耗寿命计算模型。

本发明实施例提出的塔式起重机损耗寿命计算模型更符合工程实际应用场景且可靠性更高。塔式起重机损耗寿命计算模型将实时最大载荷力矩百分比作为模型输入，可以减少塔式起重机数据监测传感器的数量。算法简单可靠，能实现塔式起重机部件剩余寿命的精准动态估算。另外值得一提的是，在其他一些实施例中，塔式起重机损耗寿命计算模型还可通过大数据中机器学习方法获得相应的模型参数。当塔式起重机数据量达到一定程度、且数据完备性得到保证时，可通过机器学习的方法，采用塔式起重机实际工况数据训练神经网络，用训练好的神经网络作为塔式起重机起重与寿命之间的映射关系，进而实现塔式起重机剩余寿命的计算，同时还较少输入数据及传感器数量。

进一步地，用于评估塔式起重机寿命的方法例如还包括步骤(b1)：根据档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理。

具体地，根据档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理，也即步骤(b1)例如包括子步骤：

(b11)获取施工强度、施工地点和施工周期。

(b12)根据施工强度、施工地点和档案信息确定目标施工部件。

(b13)根据施工周期和目标施工部件的档案信息确定塔式起重机组建方案，以从塔式起重机组建方案中选择目标组建方案。以及

(b14)将目标组建方案中的目标施工部件的档案信息进行输出。

进一步地，用于评估塔式起重机寿命的方法例如还包括步骤(b2)：根据档案信息进行塔式起重机寿命展示。

进一步地，用于评估塔式起重机寿命的方法例如还包括步骤(b3)：根据档案信息进行塔式起重机再制造管理。

具体地，根据档案信息进行塔式起重机再制造管理，也即步骤(b3)例如包括子步骤：

(b31)获取目标再制造部件的部件编号和再制造方案。

(b32)根据目标再制造部件的部件编号获取目标再制造部件的档案信息。

(b33)根据目标再制造部件的档案信息和再制造方案确定目标再制造影响系数。

(b34)在完成对目标再制造部件的再制造后，将档案信息中的再制造影响系数更新为目标再制造影响系数。以及

(b35)根据目标再制造影响系数更新档案信息中的剩余寿命信息。

进一步地，用于评估塔式起重机寿命的方法例如还包括步骤(b4)：根据档案信息进行塔式起重机报废管理。

具体地，根据档案信息进行塔式起重机报废管理，也即步骤(b4)例如包括子步骤：

(b41)根据档案信息确定剩余寿命信息符合预设报废要求的目标报废部件。

(b42)根据目标报废部件中的至少部分目标报废部件组成整机，以从整机中选择目标报废整机。以及

(b43)在完成对目标报废整机的报废处理后，将目标报废整机中的目标报废部件的报废影响系数和剩余寿命信息更新为0。

本发明实施例的用于评估塔式起重机寿命的方法100可应用于控制器等设备，控制器例如可为物联网云平台上的服务器。

在本发明实施例中，提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于评估塔式起重机寿命的方法100。其中，用于评估塔式起重机寿命的方法100的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。

在本发明实施例中，提供一种服务器，包括：控制器。控制器例如为根据任意一项前述实施例的控制器。其中，控制器的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。

服务器例如为塔式起重机现有物联网云平台的服务器，服务器例如还可进一步包括存储器，用于存储控制器所需要的输入数据、输出数据、中间数据和/或其他类型的数据如程序等数据。

综上所述，本发明实施例通过前述技术方案可以实现符合工程实际应用场景、可靠性高、准确度高、时效性高的塔式起重机部件寿命的实时计算更新和全生命周期的寿命管理，且可以减少需要的塔式起重机数据监测传感器的数量。

下面结合一应用示例来说明本发明实施例的技术方案，具体应用示例内容如下。

在塔式起重机现有物联网大数据的基础上，采用本发明实施例提出的塔式起重机损耗寿命计算模型，将塔式起重机部件全生命周期与全施工周期相关联的基础上建立基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统，实现塔式起重机部件寿命实时监测更新、塔式起重机施工组建方案管理、塔式起重机寿命展示、塔式起重机再制造管理和塔式起重机报废管理等目的。

基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统主要包括剩余寿命展示系统、塔机施工组建系统、塔机再制造管理系统和塔机报废管理系统4个子系统。这些系统的后台运算主要布置在物联网云平台的服务器上，系统的界面(UI)及信息展示(前端)主要布置在塔式起重机终端和为用户开发的手机app或电脑app上。基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统设置有一个大的存储区，其中包括5个子存储区，包括分别为剩余寿命展示系统、塔机施工组建系统、塔机再制造管理系统和塔机报废管理系统4个子系统对应设置的4个子存储区以及一个塔式起重机部件档案信息存储区，这些存储区同样设置在物联网云平台的服务器上。

基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统的工作流程主要涉及塔式起重机的部件的档案的建立和初始化、塔式起重机的部件的档案信息的实时监测更新以及基于塔式起重机的部件的档案信息实现的塔式起重机的施工组建方案管理、寿命展示、再制造管理和报废管理等内容，具体内容如下。

(a)塔式起重机的部件的档案的建立和初始化。具体地，根据塔式起重机现场试验及仿真计算塔式起重机在标准工况下的有效寿命作为塔式起重机的设计当量寿命信息。以塔式起重机的部件编号为单位建立档案，将塔式起重机的部件的剩余寿命信息、设计当量寿命信息、出厂信息、起重性能信息、使用状态信息和结构参数等数据，存储至塔式起重机部件档案信息存储区中对应部件编号的档案中以实现塔式起重机的部件的档案信息的初始化。初始建立档案时，剩余寿命信息被设置成为一个空值或其他合适的初始值。初次建立塔式起重机的部件的档案并初始化之后，后续会在工作过程中实时更新塔式起重机的部件的档案信息。

(b)塔式起重机的部件的档案信息的实时监测更新。具体地，利用塔式起重机传感器及塔式起重机控制器获取塔式起重机工作时的实时工况信息，包括实时起重力矩和实时起重幅度值。基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统例如是在塔式起重机现有物联网平台上实现的，使用的数据可以由物联网平台的塔式起重机传感器获取，不需新安装其他传感器。塔式起重机实时起重力矩由塔式起重机传感器获取，塔式起重机的实时起重幅度值由塔式起重机控制器获取。之后读取塔式起重机的部件的档案信息，结合实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型，计算塔式起重机的部件的实时剩余寿命信息，并更新塔式起重机档案信息中的剩余寿命信息为实时剩余寿命信息。实时剩余寿命信息中比较常用的是最终剩余寿命，本应用示例也以实时剩余寿命信息中的最终剩余寿命YS_n为主要指标来衡量塔式起重机的剩余寿命。

(c)基于塔式起重机的部件的档案信息实现的塔式起重机的施工组建方案管理、寿命展示、再制造管理和报废管理。具体地，根据用户需求，利用塔式起重机的部件的档案信息，可分别完成施工前的塔式起重机施工组建方案管理、施工时的塔式起重机寿命展示、施工后的塔式起重机部件维护管理、保养管理及再制造管理以及最后的塔式起重机报废管理等，从而实现塔式起重机与施工及用户相关联的全生命周期管理。

步骤a中，塔式起重机的部件的档案的建立和初始化具体包括以下内容：

(1)利用企业大数据例如塔式起重机现有物联网云平台中记录的塔式起重机运行数据对塔式起重机的部件的使用情况进行统计分析，同时通过对塔式起重机整机进行大量系统性试验及仿真，确定最易疲劳失效的塔式起重机的关键结构部件，分别为：起重臂、过渡节、基础节、塔身标准节、上支座、下支座、塔头。

(2)以确定的关键结构部件为单位，利用关键结构部件的部件编号作为“身份证”建立部件的档案，将部件的出厂信息例如出厂日期、关键部件名、流水号、绑定塔式起重机终端编号和初次绑定客户号等信息，以及起重性能信息其中包括部件编号、绑定塔式起重机终端编号、起重幅度值与额定载荷力矩之间的对应关系等数据，录入至塔式起重机部件档案信息存储区。

(3)设计研究人员根据塔式起重机的现场试验及仿真，对塔式起重机进行有限元建模，得到典型工况结构应力，并通过企业大数据提取用户使用数据得到载荷谱，然后，针对焊缝疲劳和母材疲劳特点，采用结构应力法、局部应力法等多种疲劳寿命计算方法，对塔式起重机焊缝及母材寿命进行单独评估和核算。最终较为科学准确的获得塔式起重机的部件在典型工况也即标准工况下的量化寿命，即塔式起重机在额定载荷谱系数Kp₁工况下，塔式起重机的部件的设计当量寿命Y1及设计当量次数N1。然后将包括载荷谱系数Kp₁、设计当量寿命Y1和设计当量次数N1的设计当量寿命信息存储至塔式起重机的部件的档案中，完成部件档案的建立及初始化。

步骤b中，塔式起重机的部件的档案信息的实时监测更新具体包括以下内容：

(1)塔式起重机实时工况信息的采集。

塔式起重机通过设置在起重臂上的力矩传感器获取塔式起重机工作时实时起重力矩M_wn，使用塔式起重机终端现有的控制系统硬件部分对信号降噪处理，通过塔式起重机控制器获取塔式起重机的实时起重幅度值等工作信息。通过LAN485总线，将数据传至塔式起重机终端的ECU，塔式起重机终端的ECU根据塔式起重机的起重性能信息例如起重性能表获得当前工况下的额定载荷力矩M_e。每台塔式起重机都对应一个终端，每个终端都有一个终端编号。塔式起重机立塔时会将塔式起重机部件编号与塔式起重机终端编号绑定。通过塔式起重机终端编号获取部件编号，然后获取档案中需要的信息。通过公式K_n＝M_wn/M_e×100％，计算得到塔式起重机工作时的实时最大载荷力矩百分比K_n。

(2)塔式起重机的部件的实时剩余寿命信息的计算。

线性疲劳累计损伤理论进行寿命估算计算公式为：NS_n＝N1-N2，式中NS_n为塔式起重机的实时剩余寿命次数，当NS_n等于或小于0时，表示该塔式起重机或部件达到报废条件。N1为塔式起重机标准工况下的设计当量次数，由步骤a确定获得。N2为塔式起重机第1至第n次起重在标准工况下的当量损伤，该损伤是将客户使用条件下的损伤程度换算至标准工况下的当量损伤值。

由材料疲劳强度与材料疲劳寿命之间关系的曲线也即材料S-N实验曲线可知，疲劳极限和基本应力循环次数关联关系。且衡量材料寿命的主要参考值是应力，由于塔机对起重力矩比较敏感，且现有物联网云平台在起重臂布置的传感器仅有力矩传感器，因此起重力矩易获得，此外，应力与起重力矩存在映射关系，因此，在计算塔式起重机寿命时，使用起重力矩替代应力，结合塔式起重机载荷谱系数计算方法，最终可得

进一步得到衡量剩余寿命的一个指标也即实时剩余寿命次数

其中，K_i为第i次起重的最大载荷力矩百分比。其中，NS₀＝N1，也即对于起重次数为0也即没有起重过的部件的实时剩余寿命次数等于设计当量次数。

相应地，可得衡量剩余寿命的另外一个指标也即实时剩余年限

考虑塔式起重机非工作状态时，由于保存和环境等因素导致塔式起重机产生温度疲劳、腐蚀疲劳等，还可将实时自然剩余寿命YS2_n＝Y1-(T2_n-T1)作为塔式起重机安全的进一步保证，其中T2_n为实时日期也即实时自然剩余寿命计算时的日期，T1为出厂日期。从而可进一步得到衡量剩余寿命的又一个指标也即实时最终剩余寿命YS_n＝μγmin(YS1_n,YS2_n)。其中，μ为再制造影响系数，通过再制造管理过程确定，确定之后作为部件的档案信息的一部分保存在部件的档案中；γ为报废影响系数，通过报废管理过程确定，确定之后同样作为部件的档案信息的一部分保存在部件的档案中，部件执行报废后γ＝0，否则γ＝1。

最后将实时剩余寿命次数、实时剩余年限、实时自然剩余寿命和实时最终剩余寿命作为塔式起重机的部件的实时剩余寿命信息，通过GPRS设备将实时剩余寿命信息更新至塔式起重机的部件的档案中。

步骤c中，基于塔式起重机的部件的档案信息实现的塔式起重机的施工组建方案管理、寿命展示、再制造管理和报废管理具体包括以下内容：

(1)塔式起重机施工组建方案管理。用户施工前，可将施工周期、施工地点和施工强度等信息，输入到塔机施工组建系统中。基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统首先根据施工强度、施工地点和档案信息等信息在塔式起重机部件档案信息存储区中存储的部件的档案信息中筛选出一系列满足施工强度、施工地点和档案信息等信息的塔式起重机的部件作为目标施工部件。然后根据塔式起重机施工周期和目标施工部件的档案信息，优先匹配出多套满足剩余寿命信息同时满足施工周期的部件，组建成一系列剩余寿命距报废年限比施工周期大20％、30％或50％的塔式起重机整机作为塔式起重机组建方案，以供用户选择。在用户选择目标组建方案后，塔机施工组建系统会将目标组建方案中塔式起重机的各个部件的档案信息展示给用户，方便用户据此组建塔式起重机。

(2)塔式起重机寿命展示。使用过程中，塔式起重机的寿命例如实时最终剩余寿命实时更新，为直观观察塔式起重机各个部件寿命变化情况，剩余寿命展示系统将塔式起重机的部件的寿命分为6个阶段，不同阶段采用不同颜色，最新部件采用绿色，最老采用红色，中间颜色逐层递增。颜色按5年一档，每少一档年颜色深一层，共6档，6档为绿，1档为红，当前档位为G＝(YS_n/5)+1，其中(YS_n/5)表示YS_n/5取整。塔式起重机三维模型各部件颜色随实时最终剩余寿命变化。同时，整机部件实时最终剩余寿命通过条形图进行展示。

(3)塔式起重机再制造管理流程如图2A所示。塔式起重机寿命管理系统，会将部件剩余寿命例如实时最终剩余寿命在5年至15年之间、且没有进行过再制造的塔式起重机部件选定为再制造潜在对象，并存储至可再制造备选部件档案库，否则存储至不可再制造部件档案库。用户可以通过塔机再制造管理系统在可再制造备选部件档案库中选定再制造对象也即目标再制造部件的部件编号。塔机再制造管理系统会弹出再制造方案选定框，框中将展示如喷覆防锈蚀、表面缺陷处理、危险焊缝加强等再制造方案的预估价格、预计再制造时间周期等信息，供用户参考选择。用户选定再制造方案后，将选定的目标再制造部件的档案从部件档案信息存储区移至塔机报废管理系统对应的子存储区中的再制造存档区，并将详细再制造方案上传至目标再制造部件的档案信息中。然后其他工作人员根据再制造存档区信息安排联系企业对部件进行再制造。再制造完成后更新再制造存档区中的目标再制造部件的档案信息，塔式起重机再制造前实时最终剩余寿命与再制造方案确定的新的再制造影响系数μ相乘的结果更新实时最终剩余寿命，部件再制造有多种方案，不同方法对寿命影响不一样，从而μ不一样，选用多种方法再制造会根据各个方法对寿命的影响，综合计算出整个再制造过程对应的再制造影响系数。用再制造影响系数重新计算并更新剩余寿命信息。然后将更新后的目标再制造部件的档案重新移至部件档案信息存储区中，供其他系统检索使用。

(4)塔式起重机报废管理流程如图2B所示。塔式起重机寿命管理系统会将剩余寿命满足报废条件例如小于0.5年的塔式起重机部件选定为预报废部件也即目标报废部件，并将部件档案从部件档案信息存储区移至塔机报废管理系统对应的子存储区中的预报废部件存档区，塔机报废管理系统每隔一段时间例如一个月在预报废部件存档区中搜寻，查找是否能将目标报废部件匹配成整机。当能匹配出一套或多套整机时，在塔式起重机寿命管理系统主界面进行消息提醒，提醒用户存在可报废的整机塔式起重机。当用户查看信息确定报废后，将确定要报废的整机对应的部件的档案移至塔机报废管理系统对应的子存储区中的报废档案存档区。同时执行塔机报废管理系统的报废策略，报废影响系数γ变为0，部件寿命例如实时最终剩余寿命归0，并更新塔式起重机的部件的档案信息。然后塔机报废管理系统会在报废档案存档区筛选出塔身、上下支座、爬升架、起重臂等部件组成一套寿命为0的整机进行报废及销档。

基于塔式起重机现有物联网大数据的塔式起重机寿命管理系统，可以实现塔式起重机剩余寿命实时监测评估，对塔式起重机及各个部件的实时剩余寿命信息进行精准估算，同时将塔式起重机部件全生命周期与施工、再制造等相关联，实现塔式起重机精确、科学的管理，能极大规范塔式起重机的使用和管理，达到促进安全施工、提高工作效率的目的。

下面给出塔式起重机的用户管理的技术应用实例，主要是以施工周期时间线为主，着重介绍各个用户管理功能使用过程。应用背景是塔式起重机寿命管理系统已经完成塔式起重机的部件的档案的建立和初始化。某用户将要前往工地进行施工作业。具体实际应用步骤如下：

步骤1：塔式起重机施工组建方案管理。

如图2C所示，用户在登录塔式起重机寿命管理系统账号，进入塔机施工组建系统。将预估施工最大吊重、最大起升高度、施工周期、施工地点等信息输入，例如最大吊重2.5t，最大起升高度30mm，最远施工距离45m，施工周期5年等。塔机施工组建系统先将输入的预计工况信息跟部件档案信息存储区中的部件的档案中各型号塔式起重机的起重性能表进行匹配。选出一系列按优先级排序的满足施工要求的推荐塔式起重机的型号。同时展示各型号塔式起重机的起重性能、预估价格等信息，供用户选择时参考。用户选择时，点击型号栏型号名称，塔机施工组建系统会筛选出在该型号的各个部件的相关信息，然后根据施工周期5年筛选出3组整机的实时最终剩余寿命超过施工周期20％、35％、50％的塔式起重机组建方案，供用户选择。

步骤2：塔式起重机的剩余寿命信息实时监测及评估。

塔式起重机现场施工前，塔式起重机搭建录入过程数据，包括立塔、顶升、拆塔的时间以及对应部件编号和关键部件名。将数据通过GPRS上传至服务器实现数据存储。W6017-10B塔式起重机施工时，起重臂上的力矩传感器实时采集塔式起重机工作时的实时起重力矩，通过LAN485总线将数据传输至塔式起重机终端设备ECU上，进行数据清洗解析，结合塔式起重机的实时起重幅度值等信息，获得塔式起重机工作时的实时最大载荷力矩百分比K_n。ECU利用上述塔式起重机损耗寿命计算模型实时计算塔式起重机各部件的实时剩余寿命信息。将计算得到的结果在塔式起重机终端进行寿命展示并通过GPRS设备上传至服务器更新塔式起重机的部件的档案信息。W6017-10B塔式起重机施工一段时间后，终端寿命展示如图2D所示。

塔式起重机再制造管理实际应用案例展示。塔机再制造管理系统的使用过程是：用户登录账号，进入到塔式起重机寿命管理系统后，进入塔机再制造管理系统，塔机再制造管理系统会自动从塔式起重机寿命管理系统中获取当前用户塔式起重机的部件的档案信息。用户在再制造备选库界面(如图2E所示)，查看可再制造部件的档案信息，点击部件编号也即ID，会将部件添加到已选部件表中，同时界面左下方的信息框会显示当前已选部件的详细的档案信息，供用户参考。选定再制造部件后点击提交。用户就可以进行下一项操作，选择再制造方案也即再制造方案制定。再制造方案制定界面如图2F所示，会给出适合塔式起重机的不同再制造方案以及该方案的预计成本、预计耗时和再制造影响系数。用户可根据预算及时间安排情况，合理筛选一套适合当前情况的再制造方案。将再制造方案提交后，后台将对部件再制造流程进行追踪。用户可在再制造进度查询界面(如图2G所示)，点击再制造部件的ID，来查看该部件的再制造流程以及进度情况。用户还可以点击流程图当中的某一步查看当前步骤的具体信息。

本发明应用示例从云管理和用户管理两条路线实现塔式起重机部件从出厂到报废的全生命周期管理。同时基于塔式起重机寿命管理系统衍生出剩余寿命展示系统、塔机施工组建系统、塔机再制造管理系统和塔机报废管理系统4个子系统，将塔式起重机寿命管理系统与用户工程实际使用相关联，从企业和用户两个角度实现塔式起重机部件全生命周期管理。本发明实施例根据疲劳损伤原理，结合理论的S-N曲线，推导出塔式起重机实际在线工况数据与理论应力的关系，建立塔式起重机损耗寿命计算模型。本发明实施例提出的塔式起重机损耗寿命计算模型更符合工程实际应用场景且可靠性更高。塔式起重机损耗寿命计算模型将实时最大载荷力矩百分比作为模型输入，可以减少塔式起重机数据监测传感器的数量。算法简单可靠，采用物联网云平台实现远程计算，不占用塔式起重机本地硬件资源，能实现塔式起重机部件剩余寿命的精准动态估算。通过系统的实验和仿真研究塔式起重机整机结构疲劳寿命，以及对塔式起重机现有物联网大数据的统计分析，确定了最易疲劳失效的塔式起重机关键结构部件并将其纳入塔式起重机寿命管理系统的管理对象，分别为：起重臂、过渡节、基础节、塔身标准节、上支座、下支座、塔头。针对焊缝疲劳和母材疲劳特点，采用结构应力法、局部应力法等多种疲劳寿命计算方法，对塔式起重机焊缝及母材寿命进行单独评估和核算，获得较为准确的设计当量寿命信息。将设计当量寿命信息作为部件的档案信息存储到物联网云平台，用于塔式起重机寿命评估和寿命管理。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种用于评估塔式起重机寿命的方法，其特征在于，包括：

获取所述塔式起重机的部件的档案信息，其中所述档案信息至少包括前次起重部件的剩余寿命信息；

获取所述塔式起重机的实时工况信息；

根据所述档案信息、所述实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定所述部件的实时剩余寿命信息；以及

将所述剩余寿命信息更新为所述实时剩余寿命信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述档案信息还包括以下选项中的至少一者：

部件编号；

设计工况下的设计当量寿命信息；

出厂信息；

起重性能信息；以及

使用状态信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件包括以下选项中的至少一种：

起重臂；

过渡节；

基础节；

塔身标准节；

上支座；

下支座；以及

塔头。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设计当量寿命信息包括载荷谱系数、设计当量寿命和设计当量次数，所述出厂信息包括出厂日期和绑定塔式起重机终端编号，所述起重性能信息包括部件编号、绑定塔式起重机终端编号、起重幅度值与额定载荷力矩之间的对应关系，所述使用状态信息包括再制造影响系数和报废影响系数，所述剩余寿命信息包括剩余寿命次数、剩余年限、自然剩余寿命和最终剩余寿命。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时工况信息包括实时起重力矩和实时起重幅度值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述档案信息、所述实时工况信息和塔式起重机损耗寿命计算模型确定所述部件的实时剩余寿命信息，包括：

根据所述部件编号、所述绑定塔式起重机终端编号、所述实时起重幅度值和所述起重性能信息确定额定载荷力矩；

根据所述实时起重力矩和所述额定载荷力矩确定实时最大载荷力矩百分比；以及

根据前次起重部件的所述剩余寿命次数、所述实时最大载荷百分比力矩、所述载荷谱系数、所述设计当量寿命、所述设计当量次数、实时日期、所述出厂日期和所述塔式起重机损耗寿命计算模型确定所述实时剩余寿命信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述实时最大载荷力矩百分比与所述实时起重力矩和所述额定载荷力矩之间的关系满足：

K_n＝M_wn/M_e×100％；

其中，n为所述塔式起重机的实时起重次数，K_n为所述实时最大载荷力矩百分比，M_wn为所述实时起重力矩，Me为所述额定载荷力矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述塔式起重机损耗寿命计算模型被定义为：

YS2_n＝Y1-(T2_n-T1)；以及

YS_n＝μγmin(YS1_n,YS2_n)；

其中，NS_n为实时剩余寿命次数，NS_n-1为前次起重部件的剩余寿命次数，NS₀＝N1，N1为所述设计当量次数，Kp₁为所述载荷谱系数，YS1_n为实时剩余年限，Y1为所述设计当量寿命，YS2_n为实时自然剩余寿命，T2_n为实时日期，T1为所述出厂日期，YS_n为实时最终剩余寿命，μ为所述再制造影响系数，γ为所述报废影响系数。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述档案信息进行塔式起重机施工组建方案管理，包括：

获取施工强度、施工地点和施工周期；

根据所述施工强度、所述施工地点和所述档案信息确定目标施工部件；

根据所述施工周期和所述目标施工部件的档案信息确定塔式起重机组建方案，以从所述塔式起重机组建方案中选择目标组建方案；以及

将所述目标组建方案中的目标施工部件的档案信息进行输出。

11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述档案信息进行塔式起重机寿命展示。

12.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述档案信息进行塔式起重机再制造管理。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据所述档案信息进行塔式起重机再制造管理，包括：

获取目标再制造部件的部件编号和再制造方案；

根据所述目标再制造部件的部件编号获取所述目标再制造部件的档案信息；

根据所述目标再制造部件的档案信息和所述再制造方案确定目标再制造影响系数；

在完成对所述目标再制造部件的再制造后，将所述档案信息中的再制造影响系数更新为所述目标再制造影响系数；以及

根据所述目标再制造影响系数更新所述档案信息中的剩余寿命信息。

14.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述档案信息进行塔式起重机报废管理。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述档案信息进行塔式起重机报废管理包括：

根据所述档案信息确定剩余寿命信息符合预设报废要求的目标报废部件；

根据所述目标报废部件中的至少部分目标报废部件组成整机，以从所述整机中选择目标报废整机；以及

在完成对所述目标报废整机的报废处理后，将所述目标报废整机中的目标报废部件的报废影响系数和剩余寿命信息更新为0。

16.一种控制器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至15中任意一项所述的用于评估塔式起重机寿命的方法。

17.一种服务器，其特征在于，包括：

根据权利要求16所述的控制器。

Images